【摘要】：本課題的研究目的是設(shè)計(jì)一種能測(cè)量多種扭力范圍的扭矩傳感器。在對(duì)布拉格光纖光柵的應(yīng)變特性及傳感原理進(jìn)行深入分析后,設(shè)計(jì)了一種可調(diào)量程輪輻式光纖布拉格光柵扭矩傳感器。該扭矩傳感器具有量程可調(diào)、測(cè)量精度較高、測(cè)量方式靈活的特性,同時(shí)在一定程度上消除了扭力測(cè)量實(shí)驗(yàn)中溫度對(duì)光柵波長(zhǎng)漂移的影響。本文主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:首先,介紹了現(xiàn)有的不同種類扭矩測(cè)量方法,并分析了各自的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn),并對(duì)光纖光柵扭矩傳感器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明;其次,對(duì)光纖光柵的傳感機(jī)理進(jìn)行了分析,包括其溫度和應(yīng)力特性以及交叉敏感特性,介紹了扭矩測(cè)量的基本原理,并將光纖光柵傳感原理與扭矩測(cè)量原理相結(jié)合,初步建立了光纖光柵扭矩傳感模型。介紹了幾種常見的解決溫度應(yīng)變靈敏度交叉問題的方案,對(duì)不同解決方法的工作特點(diǎn)進(jìn)行了分析,根據(jù)實(shí)際測(cè)量條件選擇合適的解決方法;再次,分別建立了軸結(jié)構(gòu)和輪輻結(jié)構(gòu)兩種扭矩傳感模型,在理論研究的基礎(chǔ)上對(duì)兩種模型分別進(jìn)行了仿真分析,并根據(jù)仿真結(jié)果分別對(duì)兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了尺寸和形狀的優(yōu)化。為了在實(shí)驗(yàn)室對(duì)輪輻式扭矩傳感器進(jìn)行扭矩測(cè)量,搭建了扭力測(cè)試平臺(tái);最后,通過正、反行程扭力測(cè)量及溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)得到光纖光柵扭矩傳感器的工作性能,根據(jù)測(cè)量參數(shù)對(duì)傳感器的各項(xiàng)靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。
【圖文】：

光柵已廣泛應(yīng)用在應(yīng)變、應(yīng)力、溫度等工業(yè)測(cè)量和健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。因此，在劣環(huán)境下的扭矩測(cè)量中使用光纖光柵傳感技術(shù)是可行的，進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)研于解決在惡劣環(huán)境下扭矩的測(cè)量是非常有必要的。.2 國(guó)內(nèi)外扭矩傳感器國(guó)內(nèi)外對(duì)扭矩測(cè)量技術(shù)的研究可以說是歷史悠久，按測(cè)量原理分類，扭矩傳量可分為電阻應(yīng)變片式、磁電式、光電式、電容式、無線聲表面波式等各種各扭矩傳感器。為了便于比較全面的了解扭矩測(cè)量技術(shù)，下面將對(duì)幾種扭矩傳感行介紹[14-16]。(1)電阻應(yīng)變片式扭矩傳感器 當(dāng)傳動(dòng)軸受到一定量的扭矩時(shí)，粘貼在傳動(dòng)軸應(yīng)變電橋的電阻大小改變，因此會(huì)有微小的電壓流向與應(yīng)變電橋相連接的導(dǎo)電，再經(jīng)放大電路放大到能被外接測(cè)試裝置感應(yīng)的電壓值。傳動(dòng)軸發(fā)生的應(yīng)變與的大小存在線性關(guān)系。其工作原理如圖 1-1 所示。

第 1 章 緒 論實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，為了使電阻應(yīng)變片感受到同方向上的最大應(yīng)變力，需將 4 個(gè)應(yīng)的應(yīng)變電橋粘貼在沿傳動(dòng)軸 45°軸向方向上。應(yīng)變式扭矩測(cè)量方法被廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域。其優(yōu)點(diǎn)是成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能好、測(cè)量靈敏度高；其缺點(diǎn)是抗干擾性能差，而且溫度的高低、空氣的劑的型號(hào)或用量等都會(huì)對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。到目前為止，應(yīng)變式扭亟待解決的關(guān)鍵問題是在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下進(jìn)行無線能量供給和無線信號(hào)傳輸[17(2)磁電式扭矩傳感器 按測(cè)量方法分類屬于非接觸式測(cè)量扭矩傳感器。使個(gè)完全相同的齒形輪盤(相差盤)安裝在在被測(cè)彈性元件上相距一定距離的離輪盤頂很近的位置安放一個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)(在磁芯上繞一固定線圈而成，檢測(cè)器)[18]。如圖 1-2 所示，輪盤會(huì)隨著彈性元件工作一起轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)信號(hào)會(huì)分別收到一路正弦信號(hào)。當(dāng)彈性元件不受扭矩時(shí)，兩正弦信號(hào)完全重合為 0，當(dāng)給彈性元件施加一定量的扭矩的時(shí)候，，相位差與施加的扭矩大小成
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP212;TN253

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本文編號(hào)：2641276