本文關(guān)鍵詞：聲表面波扭矩檢測(cè)研究

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【摘要】：為了滿足工業(yè)應(yīng)用的不同需求,許多研究機(jī)構(gòu)一直致力于新型扭矩傳感技術(shù)的研究。聲表面波技術(shù)是近些年來頗受推崇的新興技術(shù),由于它無源無線的特點(diǎn),在溫度、壓力、應(yīng)力、扭矩等傳感方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。采用聲表面波技術(shù)的扭矩檢測(cè)已成為扭矩傳感器研究的一個(gè)新方向�；谏鲜霰尘�,論文對(duì)聲表面波扭矩檢測(cè)技術(shù)展開了研究。論文首先介紹了聲表面波技術(shù)用于扭矩檢測(cè)的理論基礎(chǔ)。根據(jù)聲表面波扭矩傳感器的特點(diǎn),論文設(shè)計(jì)了扭矩轉(zhuǎn)軸,并采用COMSOL軟件,對(duì)扭矩轉(zhuǎn)軸上粘貼傳感器的工作平面上應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了有限元仿真。在此基礎(chǔ)上,論文進(jìn)行了諧振器型聲表面波扭矩檢測(cè)的機(jī)理研究。扭矩導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸應(yīng)變的變化,轉(zhuǎn)軸上的應(yīng)變傳遞到聲表面波傳感器,導(dǎo)致壓電基底產(chǎn)生相應(yīng)的初始應(yīng)力應(yīng)變。分析了在初始應(yīng)力應(yīng)變影響下的彈性波波動(dòng)方程、彈性常數(shù)、密度的變化,建立了聲表面波扭矩傳感模型。基于該模型,以石英作為壓電基底材料,仿真優(yōu)化了不同歐拉角切型的聲表面波扭矩傳感器的扭矩靈敏度、機(jī)電耦合系數(shù)和頻率溫度系數(shù)等參數(shù),為傳感器的設(shè)計(jì)和制作提供了理論依據(jù)。根據(jù)聲表面波扭矩傳感器切型優(yōu)化的結(jié)果,設(shè)計(jì)了兩種不同諧振頻率的扭矩傳感器,優(yōu)化設(shè)計(jì)了叉指換能器、反射柵的相應(yīng)參數(shù)。為實(shí)現(xiàn)扭矩的無線傳感,論文仿真設(shè)計(jì)并制作了可用于轉(zhuǎn)軸的PCB環(huán)狀天線,并利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)測(cè)試結(jié)果,進(jìn)一步對(duì)環(huán)狀天線進(jìn)行了阻抗匹配的仿真優(yōu)化,最終設(shè)計(jì)出了性能滿足要求的環(huán)狀天線。論文最后搭建了扭矩實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。根據(jù)聲表面波傳感器制作單位的實(shí)際情況和現(xiàn)有切型,采用歐拉角為(118°,108°,4°)的石英作為聲表面波傳感器的壓電基底,然后對(duì)傳感器進(jìn)行了有線和無線測(cè)試。通過有線的扭矩測(cè)試結(jié)果表明,聲表面波傳感器具有良好的線性度和重復(fù)性,實(shí)驗(yàn)測(cè)得扭矩靈敏度與理論值相比較小,據(jù)此分析了相應(yīng)原因。在無線測(cè)試方面,通過分析扭矩傳感器的回波信號(hào)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了閱讀器信號(hào)處理算法。將閱讀器連接環(huán)狀天線,對(duì)連接棒狀天線的扭矩傳感器進(jìn)行了無線測(cè)試,驗(yàn)證了聲表面波技術(shù)用于扭矩?zé)o線檢測(cè)的可行性。
【關(guān)鍵詞】：聲表面波 歐拉角切型優(yōu)化 扭矩傳感 環(huán)狀天線 諧振器
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注釋表10-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 扭矩檢測(cè)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 扭矩測(cè)量方法11-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外扭矩檢測(cè)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 聲表面波扭矩檢測(cè)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 論文研究?jī)?nèi)容16-18
• 第二章 聲表面波扭矩檢測(cè)的理論基礎(chǔ)18-26
• 2.1 聲表面波傳感器18-20
• 2.1.1 叉指換能器18
• 2.1.2 延遲線型聲表面波傳感器18-19
• 2.1.3 諧振器型聲表面波傳感器19-20
• 2.2 轉(zhuǎn)軸扭矩檢測(cè)原理20-24
• 2.2.1 轉(zhuǎn)軸扭矩力學(xué)分析20-21
• 2.2.2 聲表面波扭矩測(cè)量原理21-23
• 2.2.3 諧振頻率測(cè)量原理23-24
• 2.3 天線24-26
• 第三章 聲表面波扭矩檢測(cè)的傳感器研究26-51
• 3.1 扭矩轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)26-28
• 3.1.1 轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)26-27
• 3.1.2 轉(zhuǎn)軸應(yīng)力應(yīng)變的有限元仿真27-28
• 3.2 聲表面波扭矩傳感機(jī)理研究28-37
• 3.2.1 彈性波波動(dòng)方程29-33
• 3.2.1.1 壓電介質(zhì)耦合波方程29-30
• 3.2.1.2 壓電介質(zhì)Christoffel方程30-31
• 3.2.1.3 部分波理論31-32
• 3.2.1.4 邊界條件32-33
• 3.2.2 彈性常數(shù)33-36
• 3.2.3 壓電基底密度36-37
• 3.3 壓電基底切型優(yōu)化37-46
• 3.3.1 歐拉角與坐標(biāo)變換37-38
• 3.3.2 表面有效介電常數(shù)方法38-40
• 3.3.3 仿真優(yōu)化40-46
• 3.3.3.1 優(yōu)化指標(biāo)40-43
• 3.3.3.2 優(yōu)化結(jié)果分析43-46
• 3.4 聲表面波諧振器設(shè)計(jì)46-49
• 3.4.1 諧振頻率46-47
• 3.4.2 諧振器各參數(shù)設(shè)計(jì)47-49
• 3.4.2.1 叉指換能器47
• 3.4.2.2 反射柵47-49
• 3.4.2.3 反射柵與叉指之間的距離49
• 3.5 本章小結(jié)49-51
• 第四章 聲表面波扭矩檢測(cè)的天線研究51-63
• 4.1 閱讀器環(huán)狀天線設(shè)計(jì)51-60
• 4.1.1 半波偶極子天線51-52
• 4.1.2 天線的設(shè)計(jì)與優(yōu)化52-55
• 4.1.3 環(huán)狀天線的測(cè)試與阻抗匹配55-60
• 4.2 傳感器棒狀天線60-62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 第五章 聲表面波扭矩檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試63-76
• 5.1 傳感器測(cè)試63-64
• 5.2 扭矩檢測(cè)的有線測(cè)試64-69
• 5.3 扭矩檢測(cè)的無線測(cè)試69-75
• 5.3.1 閱讀器設(shè)計(jì)69-70
• 5.3.1.1 閱讀器收發(fā)鏈路69-70
• 5.3.1.2 閱讀器回波信號(hào)處理70
• 5.3.2 無線測(cè)試結(jié)果分析70-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第六章 總結(jié)與展望76-79
• 6.1 總結(jié)76-77
• 6.2 論文特色與創(chuàng)新點(diǎn)77
• 6.3 論文不足與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83-85
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

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本文編號(hào)：1025487