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作品名称：液位慧眼—基于内共振的微型高精度液位传感器
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：卷点绩点队
队伍编号：211818
参赛学生：王椿凯董笑含张子涵
指导老师：李磊
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

随着水利管理智能化与防洪减灾工作的不断推进，对洪水液位进行精准、实时监测的需求日益迫切。然而，传统液位传感器（如压力式、浮子式）在洪水复杂环境下易受杂物堵塞、水流冲击等影响，存在测量精度低、稳定性差的技术瓶颈，已多次导致城市内涝预警失灵和水库调度失误等严重后果；而具有高精度潜力的微机械谐振传感器，也因洪水复杂流态引起的非线性干扰而面临动力学不稳定的应用挑战。
本项目结合传统悬臂梁式液位测量结构，利用压电驱动二自由度磁耦合装置产生1:2内共振，提出一种适用于低粘度液位检测与预警方法，通过临界分岔频率的偏移进行液位监测，液位深度在测量阈值外即可预警。通过理论分析与实验验证，证明了该装置可减轻非线性对液位传感器的干扰，提高液位传感器的线性度与动态响应特性
本项目通过内共振中振幅等物理量偏移实现对液体位置微小移动的高精度识别。其特点有：降低了非线性因素对MEMS系统的影响，提高了谐振式液位传感器的稳定性；提升了谐振式液位传感器的阈值检测能力；通过先进的信号处理技术能够精准地解析出液位信息；抗干扰能力较强，内共振信号具有一定的特征性，在合理设计的情况下，能够在复杂的环境中，如存在电磁干扰、机械振动等情况下，依然有效地提取液位相关信号；适用性广，在多种液体中可保持兼容性与稳定性；能够实现高精度测量。本传感器对内共振频率的微小变化非常敏感，能够检测到液位的细微变化，这是因为内共振频率与液位之间存在着特定的、可以量化的关系，且对容器的形状也没有严格要求，能够灵活适应于洪水预防领域。主要技术指标：测量精度<0.1mm；灵敏度达到-1.1Hz/mm；相关系数平方R2>95%；分辨率<0.1mm.

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图1液位检测装置实物图图2液位检测装置结构示意图