一種新型力傳感器的設(shè)計與標定.pdf

1、在核動力裝置中，蒸汽發(fā)生器是非常關(guān)鍵的熱量轉(zhuǎn)化部件。傳熱管是其重要部件，它不僅承受著一次側(cè)介質(zhì)和二次側(cè)介質(zhì)兩側(cè)的溫差及由壓力差產(chǎn)生的應(yīng)力，而且在正常工作時，在支撐點處，傳熱管會與支撐點發(fā)生摩擦磨損，致使管壁越來越薄，最終導致蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂的概率增加。傳熱管發(fā)生破裂，會造成放射性物質(zhì)的泄漏，甚至造成反應(yīng)堆停堆。
　　為了準確獲得傳熱管管壁磨損情況，需要測量傳熱管縱向和徑向振動頻率以及徑向力大小，其振動頻率和力是動態(tài)變化的，傳感

2、器與被測傳熱管必須始終接觸，才能保證傳感器獲取完整的信號，因此文中設(shè)計了一種能夠測量一定范圍內(nèi)振動頻率和力值變化的光纖力傳感器，該傳感器能夠始終不脫離被測傳熱管并且有體積小、抗干擾能力強、精度高、質(zhì)量輕等特點。對該傳感器的設(shè)計、測試和應(yīng)用研究具有一定的意義和實用價值。
　　文中首先介紹了課題研究的背景及實際意義，接著介紹了動態(tài)測量力傳感器以及動靜態(tài)力傳感器標定系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，論證了研究光纖力傳感器的重要意義。
　　第二，根據(jù)

3、傳感器的實際工作環(huán)境確認傳感器的設(shè)計方案，由傳感器設(shè)計方案和測量方式構(gòu)建傳感器結(jié)構(gòu)力學模型，推導出光纖力傳感器接觸式測量信號不丟失的微分方程和傳遞函數(shù)，并求解出傳感器振動頻率范圍為50KHZ～239KHZ及傳感器管道脫離接觸的臨界頻率為398.062KHZ；接著利用MATLAB計算并作圖求解出力傳感器的最優(yōu)結(jié)構(gòu)值；最后利用ANSYS Workbench對傳感器結(jié)構(gòu)做了靜力學分析，在1～300N靜荷載作用下能夠達到最大撓度為0.03mm，

4、該值在傳感器測量精度范圍內(nèi)；還做了結(jié)構(gòu)梁的模態(tài)分析，仿真值和理論計算值誤差為0.27％，此次設(shè)計的光纖力傳感器符合理論設(shè)計要求。
　　第三，介紹了光纖力傳感器的靜態(tài)標定和動態(tài)測試的相關(guān)性能指標，并設(shè)計、加工和制造了靜態(tài)標定裝置，理論驗證了該裝置可行；依據(jù)強迫振動法自行搭建動態(tài)測試系統(tǒng)模型，從靜態(tài)方面出發(fā)，理論推導計算出力錘標準信號和光纖力傳感器響應(yīng)信號的相干值為1.05，證明該測試方式可行；最后介紹了信號處理與信號分析中所需的理論

5、。
　　第四，設(shè)計研究了靜態(tài)標定與動態(tài)測試的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，使用C++語言編寫了靜態(tài)標定和動態(tài)測試的數(shù)據(jù)采集驅(qū)動程序，采用虛擬儀器平臺，結(jié)合編程軟件LabVIEW編寫了數(shù)據(jù)處理程序，能夠?qū)π盘栠M行數(shù)據(jù)采集、存儲及信號分析。
　　最后，搭建光纖力傳感器的靜態(tài)標定和動態(tài)測試實驗平臺，并對相應(yīng)的性能指標做了分析處理，得到加載力和實驗所得力呈線性，傳感器線性度為0.22%，靜態(tài)靈敏度為1.0006；力錘標準激勵信號與光纖力傳感器