基于加速度測量的渦街探頭設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、基于加速度測量的渦街探頭設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)DesignImplementationofVtexProbeBasedonMeasurementofAcceleration學(xué)科專業(yè)：控制科學(xué)與工程研究生：李霄指導(dǎo)教師：孫宏軍副教授天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院二〇一四年十二月十二日摘要摘要在石油化工等工業(yè)領(lǐng)域中，渦街流量計(jì)由于其自身諸多優(yōu)點(diǎn)被被廣泛運(yùn)用。然而復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，加之渦街流量計(jì)基于流體振動(dòng)原理使得其在實(shí)際運(yùn)用中容易受到振動(dòng)的干擾，導(dǎo)致測

2、量誤差的產(chǎn)生。因此，本文為提高渦街流量計(jì)的抗振性能，從新型測量方式出發(fā)進(jìn)行探頭設(shè)計(jì)研究。對渦街流量計(jì)的工作原理進(jìn)行了介紹說明，并對當(dāng)前渦街流量計(jì)研究中關(guān)于抗振探頭設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要敘述和對比，提出基于加速度測量的渦街探頭設(shè)計(jì)思路，在此思路之上開展了如下研究工作：(1)通過實(shí)驗(yàn)方式證明振動(dòng)載荷在管道上傳播會(huì)發(fā)生擴(kuò)散，即使單一方向的激振力在管道上傳播一段距離后振動(dòng)載荷在各個(gè)方向上都有分量。(2)通過在傳統(tǒng)壓電探頭末端安裝加速度計(jì)設(shè)計(jì)出基于加速度

3、測量的渦街探頭原型。并在天津大學(xué)氣體管道振動(dòng)裝置上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在不同軸向信號(hào)中檢測到了渦街信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)以及渦街振動(dòng)混疊信號(hào)。(3)以傳統(tǒng)壓電探頭結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)提出了適合加速度測量的探頭結(jié)構(gòu)。并對由探頭抽象出的單端支固的懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論模態(tài)分析，求得其在渦街載荷方向模態(tài)頻率和模態(tài)振型。(4)通過有限元分析軟件對新型探頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模態(tài)分析，得到前十階模態(tài)振型和模態(tài)頻率，提出了通過模態(tài)參與因子識(shí)別渦街載荷方向模態(tài)振型和頻率的方法，并對識(shí)別出

4、的模態(tài)振型和頻率與理論結(jié)果進(jìn)行對比，證明有限元模態(tài)分析的正確性。(5)對不同厚度以及材質(zhì)的探頭組合進(jìn)行模態(tài)分析，得到不同探頭在渦街載荷方向一階模態(tài)頻率，并分析了影響渦街探頭模態(tài)頻率的因素，提出了拓寬探頭工作頻帶的有效方法。(6)為了模擬渦街載荷周期性作用于探頭，使用模態(tài)疊加法對不同組合的探頭進(jìn)行諧響應(yīng)分析。對探頭在簡諧壓力載荷下末端位移進(jìn)行了對比分析，找到能產(chǎn)生較大末端加速度的探頭材料和結(jié)構(gòu)。最終根據(jù)仿真結(jié)果設(shè)計(jì)制作了新式渦街探頭并將加