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平面电容传感器设计及在材料探伤中的应用研究 被引量:11
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作者 汪蓓蓓 黄云志 刘永洪 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第7期997-1001,共5页
材料内部不同损伤具有不同的介电特性,利用平面电容传感器可以实现无损检测。平面电容传感器电极位于同一平面,敏感场非均匀分布,电极结构是影响传感器敏感场分布的主要因素。研究敏感场分布特性有助于提高传感器测量精度。本文基于有... 材料内部不同损伤具有不同的介电特性,利用平面电容传感器可以实现无损检测。平面电容传感器电极位于同一平面,敏感场非均匀分布,电极结构是影响传感器敏感场分布的主要因素。研究敏感场分布特性有助于提高传感器测量精度。本文基于有限元研究了不同电极结构的平面电容传感器,仿真结果表明,矩形叉指电极敏感场分布均匀性好。分别优化矩形叉指电极和圆形电极结构参数,并基于PCB工艺研制传感器用于材料损伤检测。实验验证了平面电容传感器用于材料探伤的有效性,且矩形叉指电极传感器测量效果优于圆形电极。 展开更多
关键词 平面电容传感器 电极结构 敏感场分布 材料探伤
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平面电容传感器液位检测系统设计 被引量:9
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作者 瞿惠琴 谷永先 +1 位作者 吴孔培 叶倩 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期48-52,共5页
为了对高度小于100mm的液位进行非接触式测量,采用液位变化改变平面电容边缘电场参量的方法,对平面电容传感器的工作原理进行了理论分析,研究了平面电容传感器的结构参量对其灵敏度、穿透深度的影响,并对传感器结构参量进行了优化,基于... 为了对高度小于100mm的液位进行非接触式测量,采用液位变化改变平面电容边缘电场参量的方法,对平面电容传感器的工作原理进行了理论分析,研究了平面电容传感器的结构参量对其灵敏度、穿透深度的影响,并对传感器结构参量进行了优化,基于平面电容传感器,设计了非接触式低液位检测系统,通过对纯净水、洗洁精溶液和墨汁的实验验证,取得了0mm~100mm范围的液位测量数据。结果表明,该检测系统工作稳定,具有线性输出,重复性误差约为±0.28%,数据修正前的测量误差小于7.8%。这一结果对非接触式较低液位的检测是有帮助的。 展开更多
关键词 测量与计量 液位检测 平面电容传感器 电极结构 FDC2214
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基于ANSYS的平面电容传感器阵列三维仿真研究 被引量:6
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作者 刘泽良 温银堂 +1 位作者 梁希 李慧剑 《传感器与微系统》 CSCD 2016年第4期45-48,共4页
通过电磁场有限元分析软件ANSYS,构建了电容层析成像(ECT)系统平面3×4电容传感器阵列三维模型。介绍了平面电容传感器阵列结构并分析了其测量原理。对电容进行了仿真计算。仿真与实验进行了对比,证明了仿真模拟的可行性。通过仿真... 通过电磁场有限元分析软件ANSYS,构建了电容层析成像(ECT)系统平面3×4电容传感器阵列三维模型。介绍了平面电容传感器阵列结构并分析了其测量原理。对电容进行了仿真计算。仿真与实验进行了对比,证明了仿真模拟的可行性。通过仿真计算电容值,研究了材料与电极间距和材料厚度对电容值的影响。计算了电极对长度和宽度方向的检测深度。通过ANSYS模拟,为损伤检测的特征提取和逆问题图像重构提供了仿真数据。 展开更多
关键词 ANSYS 平面电容传感器阵列 三维仿真
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平面电容传感器在探测材料损伤中的研究 被引量:3
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作者 谢宁宁 陈向东 +1 位作者 李晓钰 宋濛 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期497-500,515,共5页
通过ANSYS软件分析了平面电容传感器电容量与极板宽度和极板间距的关系,并选择合适的平面电容传感器探头的尺寸。针对非金属材料表面下水损伤的检测,提出了一种结构简单、操作方便的三电极平面电容传感器检测法。根据平面电容传感器检... 通过ANSYS软件分析了平面电容传感器电容量与极板宽度和极板间距的关系,并选择合适的平面电容传感器探头的尺寸。针对非金属材料表面下水损伤的检测,提出了一种结构简单、操作方便的三电极平面电容传感器检测法。根据平面电容传感器检测材料相对介电常数的变化,深入研究了非金属材料表面下水柱损伤深度和水柱损伤区域大小对电容量的影响。仿真和初步实验结果表明,在一定范围内,测得的电容值随着水柱损伤深度和损伤区域大小的变化而变化。 展开更多
关键词 三电极平面电容传感器 ANSYS 损伤深度 损伤区域 探测
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三电极平面电容传感器对材料损伤的探测 被引量:5
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作者 谢宁宁 陈向东 李晓钰 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第4期57-59,62,共4页
通过ANSYS软件分析非金属材料厚度和介电常数分布不均匀对电容量的影响以及三电极平面电容传感器探头水平方向的有效探测范围。针对非金属材料表面下的异常或者损伤的检测,提出了一种结构简单、操作方便的三电极平面电容传感器检测法,... 通过ANSYS软件分析非金属材料厚度和介电常数分布不均匀对电容量的影响以及三电极平面电容传感器探头水平方向的有效探测范围。针对非金属材料表面下的异常或者损伤的检测,提出了一种结构简单、操作方便的三电极平面电容传感器检测法,并对非金属材料表面下的异常或者损伤进行探测定位。通过对损伤区的分析得出了一定传感器探头尺寸水平方向的有效探测范围为偏移损伤边缘50 mm。 展开更多
关键词 三电极平面电容传感器 ANSYS 探测定位 材料损伤
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低功耗平面电容传感器介电测量系统设计 被引量:3
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作者 沈超 黄云志 刘福临 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第9期50-52,共3页
提出了基于平面电容传感器的低功耗介电测量系统的设计方法。系统以MSP430单片机为核心,硬件电路包括电容测量模块、人机交互模块、电源管理模块等。软件包括初始化模块、数据采集模块、中断模块、计算显示模块等;研究了平面电容传感器... 提出了基于平面电容传感器的低功耗介电测量系统的设计方法。系统以MSP430单片机为核心,硬件电路包括电容测量模块、人机交互模块、电源管理模块等。软件包括初始化模块、数据采集模块、中断模块、计算显示模块等;研究了平面电容传感器参数设计方法,并建立介电常数的计算模型。系统应用于复合材料检测,实验结果表明:系统功耗低、重复性好,能有效实现材料损伤检测及介电常数的测量。 展开更多
关键词 平面电容传感器 介电测量 低功耗
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平面电容传感器参数优化设计及实验 被引量:15
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作者 詹争 黄云志 李柯 《传感器与微系统》 CSCD 2017年第12期95-97,101,共4页
平面电容传感器的性能指标由结构参数决定,如何优化结构参数使传感器达到良好的性能是传感器设计的关键。基于三维有限元仿真模型,研究了感应面积一定的条件下,电极对数、电极宽度与间距比对传感器信号强度、灵敏度及穿透深度的影响。... 平面电容传感器的性能指标由结构参数决定,如何优化结构参数使传感器达到良好的性能是传感器设计的关键。基于三维有限元仿真模型,研究了感应面积一定的条件下,电极对数、电极宽度与间距比对传感器信号强度、灵敏度及穿透深度的影响。采用神经网络方法优化结构参数,在保证穿透深度的条件下,获得较好的信号强度。研制了不同结构参数的PCB型平面电容传感器,并将其用于介电材料检测,实验结果证明了传感器参数优化测量的有效性。 展开更多
关键词 平面电容传感器 传感器性能 结构参数优化
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基于平面电容传感器的复合材料缺陷检测研究 被引量:4
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作者 于正慧 张志杰 +1 位作者 陈昊泽 刘玉珊 《电子测量技术》 北大核心 2022年第2期7-12,共6页
为实现利用平面电容传感器直接测得的电容值对碳纤维增强复合材料(CFRP)缺陷的表征,本文基于电容边缘效应,在有限元仿真软件COMSOL中构建平面电容传感器,分析电极参数对其性能的影响并进行优化,灵敏度提高2%~52%,穿透深度可达到4.13 mm... 为实现利用平面电容传感器直接测得的电容值对碳纤维增强复合材料(CFRP)缺陷的表征,本文基于电容边缘效应,在有限元仿真软件COMSOL中构建平面电容传感器,分析电极参数对其性能的影响并进行优化,灵敏度提高2%~52%,穿透深度可达到4.13 mm。当传感器的面积一定时,研究感应电极的最优长宽比,并拟合得出传感器电极长度与面积之间的线性关系。在单电极直流激励的情况下,改变缺陷大小,检测感应电极的电容值变化。结果表明随着缺陷大小的增加,感应电极的电容值会随之减小,利用拟合曲线可以实现对CFRP缺陷的量化评估,其相关系数达到0.996以上。 展开更多
关键词 平面电容传感器 电极结构 碳纤维增强复合材料 缺陷检测
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一种新型应用于平面电容层析成像系统的电容阵列传感器设计 被引量:2
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作者 郭志恒 任嘉铭 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期195-203,共9页
平面电容层析成像(ECT)技术适用于复合材料表面/亚表面缺陷探伤检测,或传感器安装受限制等无损检测应用领域。针对常规平面ECT系统所采用的方形结构阵列传感器灵敏度分布均匀性较差、中心区域成像质量不高的问题,提出了一种新型结构阵... 平面电容层析成像(ECT)技术适用于复合材料表面/亚表面缺陷探伤检测,或传感器安装受限制等无损检测应用领域。针对常规平面ECT系统所采用的方形结构阵列传感器灵敏度分布均匀性较差、中心区域成像质量不高的问题,提出了一种新型结构阵列平面电容传感器,该传感器由7个单元传感电极构成蜂巢结构阵列。新型结构阵列传感器由COMSOLTM专业软件进行建模分析,并设定静电场边界条件,求解并获得传感器的电场分布、极间电容值以及计算灵敏度矩阵。通过与相同尺寸的3×3方形阵列传感器进行比较,来评估新型结构阵列传感器的关键性能,即极间电容变化值和灵敏度分布均匀性。此外,传感器实物采用印刷电路板技术设计制作,结合线性反投影算法进行图像重建,比较和验证两种结构传感器的成像性能。经过数值成像实验和实物重建图像测试,结果表明,新型结构阵列传感器有利于电容传感信号检测,改善了传感器灵敏度分布均匀性,提高了平面ECT系统中心区域成像质量。 展开更多
关键词 平面电容传感器 蜂巢结构阵列 电容层析成像 灵敏度图
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平面式电容传感器阵列激励模式研究 被引量:12
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作者 王挺 范文茹 +1 位作者 郝魁红 王化祥 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2012年第9期71-74,共4页
由于非金属复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性,采用平面式电容传感器阵列可实现无损可视化检测。针对平面式阵列电极结构,研究不同激励模式对复合材料内部缺陷检测效果影响。提出单激励、双激励和奇偶激励3种激励模式,对比分析... 由于非金属复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性,采用平面式电容传感器阵列可实现无损可视化检测。针对平面式阵列电极结构,研究不同激励模式对复合材料内部缺陷检测效果影响。提出单激励、双激励和奇偶激励3种激励模式,对比分析各种激励模式下传感器信号强度、探测深度等性能差异。结果表明:奇偶激励模式在信号测量和成像质量方面都优于前2种模式。同时也验证了基于电容敏感机理的平面电容传感器阵列对复合材料内部缺陷检测的可行性和有效性。 展开更多
关键词 电容层析成像 平面电容传感器阵列 激励测量模式 无损检测 边缘效应
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平面式电容传感器阵列测量复合材料技术研究 被引量:12
11
作者 郝魁红 范文茹 +1 位作者 马敏 李斌 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第2期35-38,共4页
基于复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性,采用平面式电容传感器阵列实现可视化无损检测。论述了系统的构成和测量原理,分析了影响测量效果的因素,并设计了信号转换和采集处理电路。基于简单的激励测量模式和共轭梯度算法,对比分... 基于复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性,采用平面式电容传感器阵列实现可视化无损检测。论述了系统的构成和测量原理,分析了影响测量效果的因素,并设计了信号转换和采集处理电路。基于简单的激励测量模式和共轭梯度算法,对比分析了仿真与实验结果。实验结果验证了基于电容敏感机理的平面式电容传感器阵列对复合材料内部缺陷检测的可行性和有效性。 展开更多
关键词 平面电容阵列传感器 复合材料 电容层析成像
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阵列式电容传感器优化设计及灵敏特性分析 被引量:7
12
作者 温银堂 尹申辉 +2 位作者 王震宇 张玉燕 宗乐文 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期229-234,共6页
平面电容传感器基于边缘效应工作,敏感场具有明显的软场特性,导致其检测能力易受外部因素影响而降低。为了改善敏感场分布特性,提升传感器的检测精度,提出了一种新型12电极平面阵列电容传感器,对其进行特性分析。首先,采用数值模拟方法... 平面电容传感器基于边缘效应工作,敏感场具有明显的软场特性,导致其检测能力易受外部因素影响而降低。为了改善敏感场分布特性,提升传感器的检测精度,提出了一种新型12电极平面阵列电容传感器,对其进行特性分析。首先,采用数值模拟方法建立三维敏感场模型,同时选取灵敏度值三维成像的方法分析子灵敏度和整体灵敏度分布特性。其次,利用评价指标P量化评判新型12电极传感器和矩形阵列传感器的敏感场分布均匀性。建立3种不同物场模型并结合Tikhonov正则化算法进行图像重建。最终结果表明新型传感器的P值减小3.6%,重建图像的平均相关系数增加7.2%。综合验证了新型12电极传感器有效改善了敏感场均匀性,提升了传感器的检测能力。 展开更多
关键词 平面电容传感器 边缘电场 敏感场分布 图像重建 相关系数
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一种电容传感器检测定位扬声器接线端子的方法 被引量:2
13
作者 郭庆 杨东奇 徐翠锋 《科学技术与工程》 北大核心 2015年第33期180-185,共6页
基于平面电容传感器原理,提出一种应用于扬声器接线端子定位检测系统的新型电容传感器,可以有效检测定位扬声器接线端子。介绍了这种电容传感器的设计,描述了电容传感器用于检测扬声器接线端子的基本方法;并给出了相应的电路模型。根据... 基于平面电容传感器原理,提出一种应用于扬声器接线端子定位检测系统的新型电容传感器,可以有效检测定位扬声器接线端子。介绍了这种电容传感器的设计,描述了电容传感器用于检测扬声器接线端子的基本方法;并给出了相应的电路模型。根据扬声器接线端子的外形特点来确定电容传感器的最优设计。实验结果表明:电容传感器对扬声器接线端子区域较敏感,电容-频率变换振荡器输出频率为51 k Hz左右的波形,相对频率差约5 k Hz。通过检测振荡器的频率变化,运用自学习均值滤波频率采集算法可实现扬声器接线端子的非接触检测定位。 展开更多
关键词 平面电容传感器 扬声器接线端子 最优设计 非接触检测定位
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面向CFRP板材的平面式电容传感器设计优化 被引量:6
14
作者 范文茹 董永智 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期63-71,共9页
碳纤维复合材料(CFRP)近年来被广泛应用于航空航天领域,实现其结构完整性检测对于航空航天安全至关重要。基于CFRP层合板的各向异性电学特性,提出利用平面电容传感器实现其结构性损伤检测,该方法具有成本低、非侵入、无辐射、操作简单... 碳纤维复合材料(CFRP)近年来被广泛应用于航空航天领域,实现其结构完整性检测对于航空航天安全至关重要。基于CFRP层合板的各向异性电学特性,提出利用平面电容传感器实现其结构性损伤检测,该方法具有成本低、非侵入、无辐射、操作简单等优点。比较分析了4种不同形状的平面式电容传感器,通过COMSOL软件构建CFRP层合板的3种典型损伤模型,从信号强度、灵敏度、信噪比、测量动态范围和相关系数等指标分析比较4种电容传感器。同时,结合实际测量数据,比较了CFRP表面损伤半径分别为5、2和1 mm时4种传感器的检测性能。结果表明,三角形传感器在相关系数指标上相比于其他传感器有至少9.8%的检测精度提升,能够有效检测和识别CFRP层合板的缺陷。 展开更多
关键词 结构损伤检测 碳纤维增强复合材料 平面电容传感器 各项异性
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基于电容式传感器的建筑物围护结构含水率测试 被引量:5
15
作者 刘海青 许锦峰 +2 位作者 姚恩涛 周克印 张君 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2008年第7期102-104,共3页
设计的平面电容式传感器可感应围护结构中水分的变化,给出了传感器的工作原理,针对小电容检测的抗干扰问题,采用了加保护电极和利用驱动电缆传输信号的技术,结合改进的充放电微电容检测电路,对传感器的测试深度和灵敏度与极板尺寸的关... 设计的平面电容式传感器可感应围护结构中水分的变化,给出了传感器的工作原理,针对小电容检测的抗干扰问题,采用了加保护电极和利用驱动电缆传输信号的技术,结合改进的充放电微电容检测电路,对传感器的测试深度和灵敏度与极板尺寸的关系进行了研究和优化。设计了基于嵌入式微控制器的含水率测试系统,实验结果表明:该系统可以用于一定深度的围护结构的含水率现场测试。 展开更多
关键词 围护结构 平面电容传感器 含水率
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