基于平面微带天线的微型传感电路及用于油液检测的研究
发布时间：2021-07-06 15:22
航空系统中滑油的质量对于仪器仪表正常运行至关重要,现有的滑油监测系统主要采用离线测试的方法,时间周期长,测试结果具有滞后性。近年来随着微带天线技术的发展,其在传感电路的小型化上表现出了巨大的优势,相比于传统天线,微带天线有体积小、易于用PCB制造技术批量生产等优点。针对油液老化程度现场测量的工程实际需求,本文提出了一种基于阻抗检测的微传感器来快速检测油液的介电常数。基于微带天线的微传感器设计为交指电极的形状,采用MEMS工艺制造,配合基于AD5933芯片的阻抗分析电路可以实现油液复阻抗的实部和虚部数值的测量。通过基于STM32的核心电路板与计算机中的上位机软件进行通讯并由上位机软件前面板实时显示测量结果,选取Lab VIEW作为上位机软件。当油液中水分含量发生变化时,传感器可以检测到油的阻抗信息,上位机软件能够实时计算出油液的老化程度。在文章的最后,设计实验来对该系统进行功能验证和性能测试。实验结果表明,所设计的基于微传感器和阻抗测试的油液老化检测系统具有体积小、灵敏度高、精度高和可重复性好的优点,可用于油液介电常数的监测,实时表征油液老化程度。
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电桥法测阻抗原理
中国民航大学硕士学位论文10图2-250KHz下不同线宽和交指对数的电场分布(a)300μm线宽与三对交指；(b)400μm线宽与两对交指；(c)700μm线宽与一对交指2.3微带天线的阻抗仿真油液质量因老化而变差的过程中，水是主要的也是最先产生的污染物，油液中水分的增加会导致微生物进一步生长，酸度升高，油液变得浑浊[41]。水分混入油中会导致油的介电常数发生很大变化，该变化可由微传感器转换为阻抗信息。油是一种弱电解质，其摩尔电导率随油的稀释而增加（水分增加，溶液的介电常数增加），电阻率变小，阻抗应相应降低。本研究拟以水分作为油液污染物的代表，用以判断油样初级老化程度。用COMSOL软件对浸入在介质中的微带天线的阻抗进行了仿真。图2-3显示了微带天线在油和水中的电场分布。可以看出，油中微带天线的电场强度明显高于水中传感器的电场强度，这表明基于阻抗的传感器在油中检测水分具有可行性。水和新鲜油的相对介电常数分别为80和2[42]，被污染的油介于两者之间，假设污染油的相对介电常数设为4，表2.1显示了软件仿真出的阻抗值。结果表明，微带天线检测到的阻抗值确实随油样的介电常数的增加而减小，验证了微带天线用于油液的水分检测的可行性。图2-3(a)仿真介质为油时的电场分布；(b)仿真介质为水时的电场分布。
中国民航大学硕士学位论文10图2-250KHz下不同线宽和交指对数的电场分布(a)300μm线宽与三对交指；(b)400μm线宽与两对交指；(c)700μm线宽与一对交指2.3微带天线的阻抗仿真油液质量因老化而变差的过程中，水是主要的也是最先产生的污染物，油液中水分的增加会导致微生物进一步生长，酸度升高，油液变得浑浊[41]。水分混入油中会导致油的介电常数发生很大变化，该变化可由微传感器转换为阻抗信息。油是一种弱电解质，其摩尔电导率随油的稀释而增加（水分增加，溶液的介电常数增加），电阻率变小，阻抗应相应降低。本研究拟以水分作为油液污染物的代表，用以判断油样初级老化程度。用COMSOL软件对浸入在介质中的微带天线的阻抗进行了仿真。图2-3显示了微带天线在油和水中的电场分布。可以看出，油中微带天线的电场强度明显高于水中传感器的电场强度，这表明基于阻抗的传感器在油中检测水分具有可行性。水和新鲜油的相对介电常数分别为80和2[42]，被污染的油介于两者之间，假设污染油的相对介电常数设为4，表2.1显示了软件仿真出的阻抗值。结果表明，微带天线检测到的阻抗值确实随油样的介电常数的增加而减小，验证了微带天线用于油液的水分检测的可行性。图2-3(a)仿真介质为油时的电场分布；(b)仿真介质为水时的电场分布。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯压力传感器的设计与制作[J]. 刘宁,谭晓兰. 微纳电子技术. 2019(09)
[2]液压系统水分监测及维护[J]. 朱可. 液压气动与密封. 2019(07)
[3]新型双圆弧微带天线设计及基片介质影响[J]. 王鹏,王子元,芦浩,薛茜男. 现代电子技术. 2018(17)
[4]卡尔费休法测定润滑油产品中的含水量[J]. 叶丹丹,王晓静,罗梅杰,郭井加,彭宝楚. 石化技术. 2018(08)
[5]油老化对变压器油纸绝缘频域介电谱的影响[J]. 王世强,张冠军,胡海燕,肖睿,刘全桢. 绝缘材料. 2015(10)
[6]喷气燃料固体颗粒污染物测定方法探讨[J]. 侯建红,曲涛,张国涛,张相阳,李小安,杨韬. 标准科学. 2015(08)
[7]液压油污染度和水分含量在线检测研究[J]. 董志磊,潘燕,王月行,刘纲强. 润滑与密封. 2015(07)
[8]一种小型化的2.4GHz宽频带微带天线的设计与仿真[J]. 韩雪. 无线通信技术. 2014(01)
[9]应用平行极板式电容传感器检测润滑油品质的研究[J]. 侯晓亚,张英堂,李志宁. 现代电子技术. 2011(20)
[10]新型电化学阻抗谱在线润滑油含水率监测传感器的测试[J]. 张峰,赵晓,贺嘉聪. 润滑与密封. 2011(05)
博士论文
[1]小型化多频段宽带4G/5G手机天线和基站天线的研究与设计[D]. 杨明.安徽大学 2019
[2]基于超材料的宽带微带天线研究[D]. 陈雪.山西大学 2019
硕士论文
[1]含水原油复介电常数测试技术研究[D]. 韩宏军.西安石油大学 2019
本文编号：3268486
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电桥法测阻抗原理
中国民航大学硕士学位论文10图2-250KHz下不同线宽和交指对数的电场分布(a)300μm线宽与三对交指；(b)400μm线宽与两对交指；(c)700μm线宽与一对交指2.3微带天线的阻抗仿真油液质量因老化而变差的过程中，水是主要的也是最先产生的污染物，油液中水分的增加会导致微生物进一步生长，酸度升高，油液变得浑浊[41]。水分混入油中会导致油的介电常数发生很大变化，该变化可由微传感器转换为阻抗信息。油是一种弱电解质，其摩尔电导率随油的稀释而增加（水分增加，溶液的介电常数增加），电阻率变小，阻抗应相应降低。本研究拟以水分作为油液污染物的代表，用以判断油样初级老化程度。用COMSOL软件对浸入在介质中的微带天线的阻抗进行了仿真。图2-3显示了微带天线在油和水中的电场分布。可以看出，油中微带天线的电场强度明显高于水中传感器的电场强度，这表明基于阻抗的传感器在油中检测水分具有可行性。水和新鲜油的相对介电常数分别为80和2[42]，被污染的油介于两者之间，假设污染油的相对介电常数设为4，表2.1显示了软件仿真出的阻抗值。结果表明，微带天线检测到的阻抗值确实随油样的介电常数的增加而减小，验证了微带天线用于油液的水分检测的可行性。图2-3(a)仿真介质为油时的电场分布；(b)仿真介质为水时的电场分布。
中国民航大学硕士学位论文10图2-250KHz下不同线宽和交指对数的电场分布(a)300μm线宽与三对交指；(b)400μm线宽与两对交指；(c)700μm线宽与一对交指2.3微带天线的阻抗仿真油液质量因老化而变差的过程中，水是主要的也是最先产生的污染物，油液中水分的增加会导致微生物进一步生长，酸度升高，油液变得浑浊[41]。水分混入油中会导致油的介电常数发生很大变化，该变化可由微传感器转换为阻抗信息。油是一种弱电解质，其摩尔电导率随油的稀释而增加（水分增加，溶液的介电常数增加），电阻率变小，阻抗应相应降低。本研究拟以水分作为油液污染物的代表，用以判断油样初级老化程度。用COMSOL软件对浸入在介质中的微带天线的阻抗进行了仿真。图2-3显示了微带天线在油和水中的电场分布。可以看出，油中微带天线的电场强度明显高于水中传感器的电场强度，这表明基于阻抗的传感器在油中检测水分具有可行性。水和新鲜油的相对介电常数分别为80和2[42]，被污染的油介于两者之间，假设污染油的相对介电常数设为4，表2.1显示了软件仿真出的阻抗值。结果表明，微带天线检测到的阻抗值确实随油样的介电常数的增加而减小，验证了微带天线用于油液的水分检测的可行性。图2-3(a)仿真介质为油时的电场分布；(b)仿真介质为水时的电场分布。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯压力传感器的设计与制作[J]. 刘宁,谭晓兰. 微纳电子技术. 2019(09)
[2]液压系统水分监测及维护[J]. 朱可. 液压气动与密封. 2019(07)
[3]新型双圆弧微带天线设计及基片介质影响[J]. 王鹏,王子元,芦浩,薛茜男. 现代电子技术. 2018(17)
[4]卡尔费休法测定润滑油产品中的含水量[J]. 叶丹丹,王晓静,罗梅杰,郭井加,彭宝楚. 石化技术. 2018(08)
[5]油老化对变压器油纸绝缘频域介电谱的影响[J]. 王世强,张冠军,胡海燕,肖睿,刘全桢. 绝缘材料. 2015(10)
[6]喷气燃料固体颗粒污染物测定方法探讨[J]. 侯建红,曲涛,张国涛,张相阳,李小安,杨韬. 标准科学. 2015(08)
[7]液压油污染度和水分含量在线检测研究[J]. 董志磊,潘燕,王月行,刘纲强. 润滑与密封. 2015(07)
[8]一种小型化的2.4GHz宽频带微带天线的设计与仿真[J]. 韩雪. 无线通信技术. 2014(01)
[9]应用平行极板式电容传感器检测润滑油品质的研究[J]. 侯晓亚,张英堂,李志宁. 现代电子技术. 2011(20)
[10]新型电化学阻抗谱在线润滑油含水率监测传感器的测试[J]. 张峰,赵晓,贺嘉聪. 润滑与密封. 2011(05)
博士论文
[1]小型化多频段宽带4G/5G手机天线和基站天线的研究与设计[D]. 杨明.安徽大学 2019
[2]基于超材料的宽带微带天线研究[D]. 陈雪.山西大学 2019
硕士论文
[1]含水原油复介电常数测试技术研究[D]. 韩宏军.西安石油大学 2019
本文编号：3268486
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