一種新型振弦式力傳感器的研制.pdf

1、振弦式傳感器被廣泛應(yīng)用于巖土工程和其他工程應(yīng)用中，其具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、制作安裝方便、零點穩(wěn)定、宜于多點遠(yuǎn)傳等優(yōu)點，被廣泛用于測量力、應(yīng)力、應(yīng)變、壓力等物理量。 振弦式力傳感器作為振弦式傳感器的一個主要類別，其基本構(gòu)件一般包括彈性元件、激振拾振裝置以及振弦。其中彈性元件的材料和尺寸直接影響傳感器的靈敏度和使用壽命：激振拾振裝置則要能保證振弦的可靠起振并保持振弦的連續(xù)振動，同時還要實時地輸出振弦的振動頻率；振弦的規(guī)格，特別是弦徑，對

2、傳感器的輸出頻率范圍和測量穩(wěn)定性有著重要的影響。終上所述，為了提升振弦式力傳感器的性能，本文對振弦式力傳感器的彈性元件、激振拾振裝置以及振弦對傳感器性能的影響進行了研究和重新設(shè)計。 首先對振弦式力傳感器的彈性元件進行了優(yōu)化設(shè)計。傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法憑借經(jīng)驗公式給出初始方案，然后進行結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，最后在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上校驗可行性，其主要缺點是重分析、重校核過程最多為2-3次，否則工作量太大，難以承受，因而不易得到較理想的既

3、經(jīng)濟又安全的設(shè)計方案，且很難對傳感器的整體受力情況進行分析。因此，基于ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言APDL對傳感器的機械結(jié)構(gòu)進行了有限元建模和彈性元件尺寸的優(yōu)化設(shè)計，并得到了傳感器結(jié)構(gòu)的整體受力情況。優(yōu)化設(shè)計結(jié)果表明，2.1mm為彈性元件截面半徑的最優(yōu)尺寸。 其次，在分析了現(xiàn)有的各種激振拾振方法的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)相對于電流型激勵法而言，若采用雙線圈連續(xù)激振法可以避免給振弦加載電流，從而也就不用考慮振弦的絕緣問題，比較適用于現(xiàn)有的

4、傳感器結(jié)構(gòu)。但普通的雙線圈連續(xù)激振法采用單脈沖起振，又具有起振不可靠的缺點。為了彌補此缺點，本文將掃頻激勵法和雙線圈連續(xù)激勵法相結(jié)合，采用了基于掃頻技術(shù)的雙線圈連續(xù)激勵法，并在振弦頻率測試平臺上對其激振拾振效果進行了測試，效果比較理想。 此外，由于振弦對傳感器的輸出頻率范圍和測量穩(wěn)定性有著重要的影響，而且很少有文獻(xiàn)具體討論過振弦式傳感器的敏感元件即振弦對于傳感器性能的影響，有必要對不同規(guī)格的振弦的振動頻率進行測試。以O(shè)Cr18N