不均匀电容传感器结构设计及其算法研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gongwj123
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电容传感器是用电容值的变化来体现被测物理量变化的装置。它具有非接触式测量、分辨率高、结构简单、动态性能好等一系列优点。随着电子技术的不断发展,电容传感器广泛应用于物理量和其它参量的测量。因此,在自动检测技术中,电容传感器占有非常重要的地位。  本文是利用电容传感器的分辨率高、非接触式测量等优点,对木材含水率进行精确测量。因为不同种类的木材,含水率的不同对木制品的质量影响会非常大,只有保证了木材的含水率测量准确,才能确保木制品的质量。近年来,对木材含水率的测量很热门,国内外都在寻求一种无损、精确、成本低的木材含水率检测方法。在国内比较适用的主要是电容传感器测量法。由于木材的含水率直接影响木材的介电常数,采用电容传感器来测量木材含水率的原理是:含水率不同的木材通过电容传感器时,电容传感器两极板之间的电容值也将不同,所以通过电容值就可以得到木材的介电常数,通过查找木材介电常数与含水率的对应表,就可以得到被测木材的含水率。  由于工程中对木材含水率测量的准确性要求不断提高,改进固有模型、根据工程需要对木材含水率进行测量,是很必要的研究。本文的目的主要是对木材含水率的高精度测量。所做的改进主要有以下几点:一、利用数学模型方法研究改变以往测量木材含水率的电容传感器结构的问题。主要是由单一平面电容传感器结构改进为立体式电容传感器结构。因为在电容传感器的内部和周围,都会产生一定的电场,电场的分布情况取决于电容传感器的结构。单一平面电容传感器上方的电场呈现不均匀分布,并且越靠近极板电场越强。因此在测量尺寸较大的木材时,测量的木材含水率主要是靠近极板部分的木材含水率,而不是整个木材的平均含水率;而立体式电容传感器内部电场比较均匀、稳定,可达到对木材整体含水率的准确测量。二、构造数值方法对不同结构的电容传感器进行数值模拟,比较各种结构电容传感器的优劣。三、对电容传感器测量木材含水率的数学模型提出高精度算法——多重积分高精度有限体积法,提高计算准确率。结果表明立体式电容传感器的分辨率大大优于平面电容传感器;另外,多重积分高精度有限体积法也显示出了其计算优势。
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