本文關(guān)鍵詞：基于光纖光柵和磁致伸縮材料的GMA內(nèi)部磁場測量系統(tǒng)

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【摘要】：在航空航天、深空引力波探測、超精密加工設備等領(lǐng)域,隔振減振技術(shù)都具有非常重要的意義,對其性能指標也提出了更高的要求�；诖胖律炜s材料的磁致伸縮微位移執(zhí)行器由于其伸縮系數(shù)大、能量轉(zhuǎn)換效率高、頻率響應快等優(yōu)點,在主動隔振領(lǐng)域占有重要的地位。然而,磁致伸縮材料具有典型的磁滯非線性,內(nèi)部存在著復雜的能量轉(zhuǎn)換以及能量損耗,這導致了執(zhí)行器控制所需磁滯模型的不準確以及動態(tài)輸出的能量衰減,對執(zhí)行器內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換過程進行研究成為提升其性能的唯一途徑。本論文的研究目的是,基于已有的磁致伸縮微位移執(zhí)行器,利用磁致伸縮材料的磁敏感性,并引入光纖光柵材料的應變敏感性,將二者聯(lián)合搭建磁場測量系統(tǒng),實現(xiàn)對磁致伸縮執(zhí)行器內(nèi)部磁場的測量。論文的主要內(nèi)容包含以下四個部分:首先,分析光纖光柵及磁致伸縮材料的傳感特性,建立光纖光柵測量量中心波長與待測量溫度和應變的理論關(guān)系,磁致伸縮材料的Preisach磁滯模型;其次,對磁致伸縮棒與光纖光柵之間的應變傳遞進行理論推導和仿真分析,確定最佳的粘貼方案;基于Sagnac環(huán)對光纖光柵的返回光波長進行檢測,完成相關(guān)理論仿真及實驗分析;再次,搭建整體磁場測量系統(tǒng),對原磁致伸縮微位移執(zhí)行器導向塊結(jié)構(gòu)進行改進并對其影響進行磁場仿真,采用雙光柵方式進行溫度補償以避免執(zhí)行器內(nèi)部溫度變化帶來的影響,完成整體控制及數(shù)據(jù)處理程序的編寫;最后,完成整體測量系統(tǒng)的部分和整體實驗分析。實驗結(jié)果表明,實驗中光纖光柵與磁致伸縮棒間應變傳遞的效率僅為28.2%,有進一步提升的空間;基于Sagnac環(huán)的光波長解調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定性良好,3min波動范圍0.1%,測量波長分辨力0.72pm;整體磁場測量系統(tǒng)在施加溫度補償?shù)那疤嵯?其穩(wěn)定性3min內(nèi)波動范圍0.14%,磁場測量量程為111m T,在全量程內(nèi)的分辨力為0.4m T,在中間區(qū)域小量程內(nèi)的分辨力為0.18m T,其全行程測量的重復性為0.47%。該磁場測量系統(tǒng)基本實現(xiàn)了磁致伸縮微位移執(zhí)行器內(nèi)部磁場測量功能,具有應用于執(zhí)行器內(nèi)部信號研究領(lǐng)域的潛質(zhì)。
【關(guān)鍵詞】：磁致伸縮 光纖光柵 Sagnac環(huán) 磁場測量
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB535.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 課題背景和研究意義9-11
• 1.2 光纖磁場傳感器的研究現(xiàn)狀11-20
• 1.2.1 法拉第效應型光纖磁場傳感器11-12
• 1.2.2 磁流體型光纖磁場傳感器12-13
• 1.2.3 磁致伸縮效應型光纖磁場傳感器13-20
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 光纖光柵及磁致伸縮材料傳感特性分析22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 光纖布拉格光柵的傳感原理及模型分析22-26
• 2.2.1 光纖光柵傳感原理22-24
• 2.2.2 光纖光柵傳感模型分析24-26
• 2.3 超磁致伸縮材料的傳感原理及磁滯非線性模型26-36
• 2.3.1 超磁致伸縮材料的傳感原理26-27
• 2.3.2 磁致伸縮材料磁滯非線性模型分析27-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第3章 光纖光柵應變測量系統(tǒng)設計37-55
• 3.1 引言37
• 3.2 表面粘貼式光纖光柵應變傳遞研究37-46
• 3.2.1 光纖光柵應變傳遞理論模型分析37-42
• 3.2.2 光纖光柵應變傳遞仿真分析42-46
• 3.3 光纖光柵反射光波長解調(diào)系統(tǒng)46-54
• 3.3.1 Sagnac效應46-47
• 3.3.2 插入單段PMF的Sagnac環(huán)濾波器原理分析47-50
• 3.3.3 插入單段PMF的Sagnac環(huán)濾波器仿真分析50-53
• 3.3.4 透射譜插值算法53-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第4章 基于光纖光柵的磁場測量系統(tǒng)設計55-60
• 4.1 引言55
• 4.2 機械結(jié)構(gòu)設計55-57
• 4.3 溫度補償方案57-58
• 4.4 控制系統(tǒng)58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第5章 磁場測量系統(tǒng)實驗與分析60-76
• 5.1 引言60
• 5.2 光纖光柵應變測量實驗60-65
• 5.2.1 光譜儀穩(wěn)定性實驗60-62
• 5.2.2 光纖光柵拉伸極限測試62-63
• 5.2.3 多次粘貼效果對比分析63-64
• 5.2.4 光纖光柵粘貼效果64-65
• 5.3 插入單段PMF的SAGNAC環(huán)濾波能力實驗65-70
• 5.3.1 50:50分光比耦合器穩(wěn)定性實驗65-66
• 5.3.2 Sagnac環(huán)測試實驗66-70
• 5.4 磁場測量系統(tǒng)實驗分析70-75
• 5.4.1 磁場測量系統(tǒng)的搭建70
• 5.4.2 電流與磁場的關(guān)系曲線70-71
• 5.4.3 磁場測量穩(wěn)定性實驗71
• 5.4.4 磁場測量量程實驗71-72
• 5.4.5 磁場測量分辨力實驗72-73
• 5.4.6 磁場測量重復性實驗73-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-77
• 參考文獻77-82
• 致謝82

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本文編號：611235