压水堆型核电机组的冷却剂泵振动状态监测是核电站检修的重要内容之一。该文针对我国某核电站冷却剂泵振动状态监测中对耐高温抗强辐射的加速度传感的需求, 开展了压电加速度传感器在极限环境下的工作特性研究。实验结果表明, 传感器的工作温度可达-55~480 ℃, 抗辐照强度可达1×106 Gy。通过振动台架实验验证了传感器的工作状态, 结果表明传感器的输出振动信号与5g(g≈9.8 m/s2）、10g的标准振动信号输出结果一致; 提出了满足核电现场应用要求的振动监测方案, 并在我国某核电站冷却剂泵上进行了实际应用, 实验结果满足核电站使用需求, 为未来的批量应用奠定了技术基础。

温度测量在航空航天、公共安全、智能制造及智能家居等方面具有重要意义。基于超声波原理的测温技术是近年来发展起来的一种新型温度测量方式, 超声波测温技术具有非接触式, 温度测量范围广, 响应速度快和测量准确度高等特点, 在航空发动机、微波干燥等领域表现出了良好性能。该文面向三维球体空间温度场测量的需求背景, 基于超声波飞行速度与介质温度相关原理, 采用收发同体式超声波换能器, 设计了针对二维圆形平面的8换能器结构和针对三维球体空间的26换能器结构, 提出了分时轮训超声波换能器接收控制策略, 建立了基于径向基函数的空间温度重构算法, 并基于Matlab平台对测温方法进行仿真。仿真结果表明, 对于构建的对角偏斜和中心对称二维圆形平面温度场模型, 以及中心对称三维球体温度场模型均具有良好的重建效果, 同时在超声飞行时间的测量中还叠加了标准差分别为0.02%、0.03%和0.05%的三类高斯白噪声, 进一步验证了该文提出的对射式超声波温度场测量方法具有较好的鲁棒性。

智能井盖的应用减小了人工巡查的难度，降低了人们的生命财产安全风险。该文研究了一种钹式压电能量收集器，有效地提高了智能井盖无线监测节点电池的续航能力，降低了人工巡查的成本。分析了收集器的工作原理，采用ANSYS Workbench软件进行仿真优化，研究了对钹式压电能量收集器输出性能影响的关键因素。加工组装了钹式发电装置样机并完成了测试。结果表明，样机在脉冲宽度250 ms、冲击载荷0, 5 MPa下，输出开路电压为102 V，输出功率为4, 11 mW，有效地提高了井盖监测节点的续航能力。

针对公共安全领域对甲基膦酸二甲酯(DMMP)等神经性毒剂模拟剂的高灵敏度检测的需求, 该文提出了一种基于纳米修饰导电高分子电化学阻抗型气体传感方法, 通过开展改性修饰导电高分子聚合物材料和平面叉指微电极研究, 制备了电化学阻抗型气体传感器, 并设计了传感器阵列化结构和报警器总体架构;研制出电化学阻抗型气体报警器, 并开展了性能测试。实验结果表明, 该电化学阻抗型气体报警器可对质量浓度低至1 μg/L的DMMP进行有效检测, 响应时间低至52 s。

基于射频识别(RFID)的无线无源气体传感器通过敏感材料对RFID天线进行调制,从而实现气体敏感, 但其存在只能定距离检测, 检测距离短, 实用性差等问题。该文提出了一种具有阻抗型负载接入、驱动和检测功能的新型RFID芯片, 研制出一种基于新型RFID芯片的无线无源气体传感器, 实现了对含磷有毒有害气体的无线无源检测, 检测下限可达5×10-6, 检测距离可达1.6 m。结果表明, 传感器检测精度不受距离变化的影响, 从而展现出较好的应用前景。

加速度压电传感器是反应堆内常用的振动测量器件, 其核心部件是压电陶瓷材料。由于在强核辐射环境下, 中子和γ线分别于压电陶瓷内的原子核和核外电子发生相互作用, 发生微观损伤, 此损伤经由分子尺度、介观尺度直至会表现为宏观性能(包括材料的压电性能及表观形貌信息等)的变化, 将影响器件的性能。长时间、高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能变化已有研究, 然而短时间、高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能变化的研究较少。该文在辐射装置上进行压电陶瓷材料的高剂量率γ线辐照, 随后对材料辐照前、后的压电性能、表观形貌等信息进行实验测试, 通过测试结果分析了高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能的影响。

为了开展核电用压电加速度传感器的抗辐照屏蔽设计研究, 该文采用蒙特卡罗粒子输运软件(MCNP), 针对反应堆运行时释放的裂变中子谱和γ谱, 考虑服役温度、抗辐照性能、造价、屏蔽效果等因素, 提出了铅-聚乙烯-铅多层组合和Fe+W+B4C复合材料等两种屏蔽方式。结果表明, 当服役时间相对较短、屏蔽体受到辐射剂量不强、服役温度小于聚乙烯(PE)材料的服役温度时, 可以考虑采用Pb(10 cm)+ PE(15 cm)+ Pb(5 cm)的组合方式。当屏蔽体受到的辐射剂量很强、服役温度很高时, 可以考虑采用60%Fe+30%W+10%B4C(质量分数)复合材料这种组合。

针对现有高温加速度传感器需要量化与同类进口产品的温度响应差距的开发需求, 提出了一种高温加速度传感器的同步高温振动对比测试方法, 并开发了专用测试系统, 对比开展了某型号高温压电加速度传感器与同类进口产品的温变响应和高温稳定性测试评价。在23~400 ℃升温段内, 该压电加速度传感器的灵敏度随着温度升高均呈现增大的基本趋势, 最大灵敏度温度漂移量为6.17%, 约为Kistler传感器的2.53倍; 在高温稳定性方面, 该压电加速度传感器的高温灵敏度稳定度均值约为Kistler传感器的2倍。

针对一种喇曼型声表面波声光器件的设计需求，设计制作出一种能够满足喇曼-奈斯衍射要求的、低损耗、高Q值声表面波谐振器。利用耦合模(COM)理论仿真谐振器的性能，建立谐振器的COM模型，求解COM方程，提取出COM参数。利用COM软件仿真设计谐振器的结构参数，设计的谐振器中心频率为78.028MHz，Q值为10428，插入损耗为-6.153dB。利用微加工技术加工制作出声表面波谐振器，用矢量网络分析仪对其性能进行测试，得到谐振器实际中心频率为78.34MHz，插入损耗为-11.273dB，Q值为6465.7，该谐振器能够满足喇曼型声表面波声光器件的应用需求。