围护结构含水率传感器的集成化设计及信号分析

论文摘要

本文所设计的含水率测试系统建立在建筑节能的大前提下,为建筑部门提供一个有关建筑围护结构的热工性能的一个重要参数——含水率,准确测量围护结构的沿深度方向的含水率是修正其热工性能的重要一环。本文在已有的、用于测量围护结构含水率的同面散射场式的单极板多传感器结构的平面电容传感器基本结构的基础上,设计了多极片同面电容传感器结构;采用电场仿真和实验验证的方法,优化了传感器的结构参数。为了避免传感器在使用过程中与被测围护结构平面的接触紧密程度和施加压力不一致而引起的传感器形变的不一致对测试精度的影响,集成了载荷传感器,用于监测载荷大小并作为数据采集的启动信号。系统利用层析方法对沿纵向分布的含水率进行了计算。结合实验确定了围护结构的分层方案,并利用实验数据拟合得到了各层含水率对不同极板组合影响的函数关系,建立了含水率模型。验证实验结果表明,集成化后的传感器及测试方法提高了系统的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.2 围护结构含水率测试方法的国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 集成化平面电容传感器的设计仿真及优化
• 2.1 物理模型的建立、计算与分析
• 2.1.1 从平行板电容器到同面散射场式电容器
• 2.1.2 同面散射场式电容传感器的近似计算
• 2.1.3 同面散射场式电容传感器的非单调性分析
• 2.1.4 传感器探头物理模型的理论分析
• 2.2 Maxwell 仿真及传感器集成化设计
• 2.2.1 电磁场有限元分析基本步骤
• 2.2.2 Maxwell 软件使用说明
• 2.2.3 传感器器的技术指标
• 2.3 集成化传感器探头的Maxwell 仿真
• 2.3.1 单对极板的分立式传感器探头仿真
• 2.3.2 集成化传感器探头仿真
• 2.4 本章小结
• 第三章 集成化同面散射场式电容传感器的硬件设计
• 3.1 传感器探头的设计
• 3.1.1 传感器设计中的注意事项
• 3.1.2 保护电极设计
• 3.2 载荷传感器
• 3.2.1 电阻应变片结构和工作原理
• 3.2.2 电阻应变片的温度误差及其补偿方法
• 3.2.3 悬臂梁式载荷传感器的硬件设计
• 3.2.4 悬臂梁式载荷传感器的设计
• 3.3 微小电容调理电路及逻辑控制电路
• 3.3.1 C/V 转换电路
• 3.3.2 极板组合的逻辑控制方式
• 3.4 传感器的组装
• 3.5 本章小结
• 第四章 围护结构含水率测试系统软件程序设计简介
• 4.1 基于Visual C++的数据库应用程序设计简介
• 4.1.1 Visual C++几种数据库访问技术的比较
• 4.1.2 ADO 数据库访问技术的选择与使用
• 4.2 NTGragh 控件的使用
• 4.3 含水率测试系统软件的设计与实现
• 4.3.1 软件的总体规划
• 4.3.2 软件各功能模块的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 含水率传感器的实验研究及结果分析
• 5.1 USB 数据采集卡
• 5.2 分层测试的理论
• 5.2.1 层析算法
• 5.2.2 相关数值计算方法
• 5.3 实验研究与结果分析
• 5.3.1 实验环境的模拟
• 5.3.2 验证探头测试深度
• 5.3.3 实验设计与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表论文和科研成果
• 附录Ⅰ信号采集与显示程序
• 附录Ⅱ 中值滤波程序
• 附录Ⅲ 中值滤波程序