• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

考虑边缘效应的电容式地震加速度传感器输出特性

王福谦

王福谦,2025. 考虑边缘效应的电容式地震加速度传感器输出特性. 震灾防御技术,20(2):441−450. doi:10.11899/zzfy20230004. doi: 10.11899/zzfy20230004
引用本文: 王福谦,2025. 考虑边缘效应的电容式地震加速度传感器输出特性. 震灾防御技术,20(2):441−450. doi:10.11899/zzfy20230004. doi: 10.11899/zzfy20230004
Wang Fuqian. Output Characteristics of Capacitive Seismic Acceleration Sensor With Consideration of Edge Effect[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2025, 20(2): 441-450. doi: 10.11899/zzfy20230004
Citation: Wang Fuqian. Output Characteristics of Capacitive Seismic Acceleration Sensor With Consideration of Edge Effect[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2025, 20(2): 441-450. doi: 10.11899/zzfy20230004

考虑边缘效应的电容式地震加速度传感器输出特性

doi: 10.11899/zzfy20230004
基金项目: 四川西南航空职业学院校级课题(XNHY2025-ZD01)
详细信息
    作者简介:

    王福谦,男,生于1957年。硕士,教授。主要从事传感技术及计算机数值模拟方向的研究。E-mail:13935511796@163.com

Output Characteristics of Capacitive Seismic Acceleration Sensor With Consideration of Edge Effect

  • 摘要: 为研究考虑边缘效应的电容式地震加速度传感器输出特性,将理论分析与计算机数值模拟相结合,利用保角变换法、格林函数法和MATLAB软件,对考虑边缘效应的平行板电容器电场和电容进行讨论,并研究电容式地震加速度传感器的输出特性,分析了传感器误差随参数的变化情况,讨论了影响其输出特性的因素,给出了传感器参数的取值范围,明确了改善地震加速度传感器输出特性的途径,并通过变压器桥式电路实现了对地震加速度的测量。
  • 图  1  差动平板电容式地震加速度传感器结构图

    Figure  1.  Structure diagram of differential plate capacitive seismic acceleration sensor

    图  2  平行板电容器的横截面

    Figure  2.  Cross section of parallel plate capacitor

    图  3  变换后的上半平面及极板位置

    Figure  3.  Transformed upper- plane and pole plate position

    图  4  考虑边缘效应的平行板电容器电场线与等势线(面)

    Figure  4.  Electric field line and equipotential line (plane) of parallel plate capacitor considering edge effect

    图  5  变极距差动平板式电容传感器结构图

    Figure  5.  Structure diagram of differential flat capacitive sensor with variable polar distance

    图  6  传感器参数对绝对误差的影响

    Figure  6.  The Influence of sensor parameters on absolute error

    图  9  极板间距对地震加速度传感器输出特性的影响

    Figure  9.  The influence of plate spacing on the output characteristic of seismic acceleration sensor

    图  7  极板面积对地震加速度传感器输出特性的影响

    Figure  7.  The influence of plate area on the output characteristic of seismic acceleration sensor

    图  8  极板长宽比对地震加速度传感器输出特性的影响

    Figure  8.  The influence of plate aspect on the output characteristic of seismic acceleration sensor

    图  10  弹簧的劲度系数对地震加速度传感器输出特性的影响

    Figure  10.  The influence of spring stifness coeffcient on the output characteristic of seismic acceleration sensor

    图  11  惯性质量对地震加速度传感器 输出特性的影响

    Figure  11.  The influence of inertial mass on the output characteristic of seismic acceleration senso

    图  12  考虑边缘效应的电容式地震加速度传感器的输出特性曲线

    Figure  12.  Output characteristic curve of capacitive seismic acceleration sensor considering edge effect

    图  13  电容式地震加速度传感器的测量电路

    Figure  13.  Measuring circuit of capacitive acceleration sensor

    表  1  相对误差随极板间距的变化

    Table  1.   Variation of relative error with plate spacing

    d0/mm $ \dfrac{\Delta C}{C\mathrm{_c}} $/% d0/mm $ \dfrac{\Delta C}{C\mathrm{_c}} $/%
    20 51.7215 6.0 1.1349
    19 47.5649 5.0 0.3896
    18 43.3098 4.5 0.1924
    17 38.9768 4.0 0.0803
    16 34.5935 3.5 0.0264
    15 30.1962 3.0 0.0061
    14 25.8316 2.5 8.3710×10−4
    13 21.5579 2.0 4.8154×10−5
    12 17.4459 1.5 6.0296×10−7
    11 13.5793 1.0 3.0872×10−10
    10 10.0521 0.9 3.2604×10−11
    9 6.9636 0.8 2.3009×10−12
    8 4.4082 0.7 1.0142×10−13
    7 2.4573 0.6 0
    注:L=3 cm,w=2 cm,m=3 g,K=100 N/m。
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-09
  • 录用日期:  2023-06-16
  • 修回日期:  2023-05-04
  • 网络出版日期:  2025-07-17
  • 刊出日期:  2025-06-30

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