一種新型力傳感器的設(shè)計(jì)與標(biāo)定.pdf

1、在核動(dòng)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(shí)，在支撐點(diǎn)處，傳熱管會(huì)與支撐點(diǎn)發(fā)生摩擦磨損，致使管壁越來越薄，最終導(dǎo)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(huì)造成放射性物質(zhì)的泄漏，甚至造成反應(yīng)堆停堆。
　　為了準(zhǔn)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(dòng)頻率以及徑向力大小，其振動(dòng)頻率和力是動(dòng)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(hào)，因此文中設(shè)計(jì)了一種能夠測量一定范圍內(nèi)振動(dòng)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(qiáng)、精度高、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。對(duì)該傳感器的設(shè)計(jì)、測試和應(yīng)用研究具有一定的意義和實(shí)用價(jià)值。
　　文中首先介紹了課題研究的背景及實(shí)際意義，接著介紹了動(dòng)態(tài)測量力傳感器以及動(dòng)靜態(tài)力傳感器標(biāo)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(shí)際工作環(huán)境確認(rèn)傳感器的設(shè)計(jì)方案，由傳感器設(shè)計(jì)方案和測量方式構(gòu)建傳感器結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，推導(dǎo)出光纖力傳感器接觸式測量信號(hào)不丟失的微分方程和傳遞函數(shù)，并求解出傳感器振動(dòng)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(jì)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(duì)傳感器結(jié)構(gòu)做了靜力學(xué)分析，在1～300N靜荷載作用下能夠達(dá)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(jì)算值誤差為0.27％，此次設(shè)計(jì)的光纖力傳感器符合理論設(shè)計(jì)要求。
　　第三，介紹了光纖力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)測試的相關(guān)性能指標(biāo)，并設(shè)計(jì)、加工和制造了靜態(tài)標(biāo)定裝置，理論驗(yàn)證了該裝置可行；依據(jù)強(qiáng)迫振動(dòng)法自行搭建動(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)模型，從靜態(tài)方面出發(fā)，理論推導(dǎo)計(jì)算出力錘標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和光纖力傳感器響應(yīng)信號(hào)的相干值為1.05，證明該測試方式可行；最后介紹了信號(hào)處理與信號(hào)分析中所需的理論

5、。
　　第四，設(shè)計(jì)研究了靜態(tài)標(biāo)定與動(dòng)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(biāo)定和動(dòng)態(tài)測試的數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)程序，采用虛擬儀器平臺(tái)，結(jié)合編程軟件LabVIEW編寫了數(shù)據(jù)處理程序，能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)及信號(hào)分析。
　　最后，搭建光纖力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)測試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并對(duì)相應(yīng)的性能指標(biāo)做了分析處理，得到加載力和實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)信號(hào)與光纖力傳感器