长春理工大学第五届挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书

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1、附件1：长春理工大学第五届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称： 一种基于双压电耦合技术的传感器设计及其制备 学院全称： 生命科学技术学院 申报者代表姓名： 李晓 类别：自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文哲学 经济 社会 法律 教育 管理科技发明制作A类科技发明制作B类说 明1申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3表内项目填写时

2、一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以四号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字左右（文章版面尺寸14.5×22cm）。5确定参赛作品类别后除需要填写表格外其余表格自行删除。 A2申报者情况（集体项目）说明：1.必须由申报者本人按要求填写。 2.申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列。 3.本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。申报者代表情况姓名李晓性别男出生年月1996.11学院生命科学技术学院系别、专业、年级生物医学工程，1508112学历本科学制

3、四年入学时间2015.9作品名称一种基于双压电耦合技术的传感器设计及其制备联系方式18843174996E-mail1282095819其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位张莉女18本科长春理工大学生命科学技术学院冯兴家男19本科长春理工大学生命科学技术学院王春伟男19本科长春理工大学生命科学技术学院 刘佳美女 19本科长春理工大学生命科学技术学院 资格认定学院学籍管理部门意见以上作者是否为2014年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的专科生、本科生、硕士研究生。是否 （部门签章）年 月 日院系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果。是否负责人签名：年 月

4、日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写； 2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认； 3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图（照片），也可附鉴定证书和应用证书； 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称一种基于双压电耦合技术的传感器设计及其制备 作品分类（A）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化

5、工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标一、作品设计、发明的目的 (1)双压电耦合式传感技术与弱目标的稳定、准确输出和抗干扰能力强的双压电耦合式传感测试技术；(2)通过分析压电材料的耦合特性，通过压电陶瓷制作工艺的合理选择、关键零部件的优化处理，解决传统压电传感器抗干扰能力低的难题；(3)分析双压电耦合式传感器的工作特性，提出了基于压电信号测试的精度修正方法，以解决双压电耦合式传感器应用于复杂多变的测试环境等难题。二、作品的基本思路1、双压电耦合式传感器设计的总体方案：本项目所研制的双压电耦合式传感器是结合传统压电传感技术和信号测试分析技术特点，通过压电

6、陶瓷的正压电效应与逆压电效应相结合的方式，以实现对被测物理量的测试，双压电耦合式传感器设计方案由图1给出。该传感器包括：1微型探针、2压电石英晶体紧固上压盖、3输出单元、4机械振动传导柱、5压电石英晶体紧固支撑座、6反馈单元、7压电石英晶体紧固下压盖、8安装支撑定位压盖、9弹性构件、10安装支撑定位底座，其结构示意图如图1所示。其中微型探针是由绝缘树脂材料制成，与置于下方的压电陶瓷表面进行胶粘，探针直接触液用于检测；压电陶瓷晶体紧固结构由上压盖、支撑座及下压盖形成紧固的方式接合而构成，压电陶瓷晶体紧固结构材料均采用绝缘树脂材料；将两个压电陶瓷晶体置于压电陶瓷晶体紧固结构内，二者与机械振动传导柱

7、进行胶接，引线焊接于压电陶瓷晶体表面引脚上；机械振动传导柱是用来在两个压电陶瓷晶体之间传递机械振动，机械振动传导柱材料采用绝缘树脂材料；弹性构件连接到所述安装支撑定位构件与压电陶瓷晶体紧固结构之间，有效的较少外界振动对传感器精度的影响，该传感器的工程图如图2所示。本项目利用压电陶瓷晶体的压电效应，把被测物理量直接转化为电信号输出，同时考虑到压电陶瓷晶体频率稳定性好，精度高及适用频率范围宽，灵敏度高、分辨率高等特点，设计了一种基于双压电耦合技术的传感器，并且本传感器具有自动测量程度高、长距离输出、精度高、可靠性好、便于携带及低成本等特点，该传感器实物图如图3所示。图1 双压电耦合式传感器设计方案

8、 图2 双压电耦合式传感器的工程图 图3 双压电耦合式传感器的的实物图2、双压电耦合式传感器测试系统的总体方案：本项目所设计的双压电耦合式传感器测试系统总体方案如图4所示。该测试系统包括计算机控制系统、数字示波器、函数信号发生器及自行研制的双压电耦合式传感器，其工作原理为由计算机控制系统与函数信号发生器共同将带有激励源的信号施加在双压电耦合式传感器上，使其正常工作，利用示波器检测传感器的反馈信号，并将数据导入至计算机控制系统，经软件对数据进行模拟仿真，最终实现测试结果的修正，搭建原理系统如图5所示。图4双压电耦合式传感器研制的总体方案图5 检测系统总体方案的实物图三、作品的创新点1、解决被测系

9、统微弱目标的稳定、准确输出问题；2、填补国内、外双压电耦合技术空白；3、研制的传感器具有自动测量程度高、长距离输出、精度高、可靠性好、便于携带及低成本等特点。四、技术关键1、双压电耦合的传感技术；2、对传感器基于ANSYS的热结构耦合动力学分析技术；3、通过改变陶瓷片的组合提高传感器的灵敏度。五、主要技术指标1、频率准确度: ±100Hz；2、温度稳定度:室温±1；3、重复测量的精度: ±0.5。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）一、作品的科学性先进性从查阅的资料看出，目前

10、国内外对压电传感技术的应用已经比较成熟，发展较为迅速，应用可靠性也较高，但相对于其相关应用领域的深入研究，已有的压电传感器就显现出了一些技术缺陷，尤其在实现较弱目标的稳定、准确输出时仍存在较大的技术难题，其关键问题在于，对实际应用的压电传感器抗干扰能力要求很高，但用于被测系统自身的抗干扰能力与压电材料的制作技术和手段却相对落后，即压电传感器自身的一些性质不能得到保证，因此可以看出，压电传感器自身的设计及压电材料制备技术很大程度的约束了其自身的进一步发展，对本项目开展的双压电耦合式传感技术研究势必成为此领域相关技术研究与应用的一个重要课题。二、参考文献资料如下：1、潘玉安，曹荣祥，曹良足，范跃农

11、，胡鸿豪；压电陶瓷传感器灵敏度的研究；压电与声光期刊；2005（04）。2、 吉德三；压电陶瓷金属双迭片弯曲型压电传感器谐振频率研究；华中科技大学；2005（04）。3、 吴拥真；微型压电陶瓷传感器拾取声学信号的实验研究；复旦大学；2009（04）。4、 梁丽娉；压电陶瓷传感器力学模型理论与试验研究；沈阳建筑大学；2010（12）。5、 王泽伟；防水式压电陶瓷传感器的设计与应用；压电与声光期刊；2012（03）。6、 杜菲，马天兵；基于无线技术的压电陶瓷传感器状态监测研究；化工自动化及仪表期刊；2014（01）。7、 余晓，周新志，代前国；基于压电陶瓷的磁致伸缩位移传感器建模分析；仪表技术与传