本文關(guān)鍵詞：射頻同軸電纜電柵傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 同軸電纜傳感器 諧振空腔 傳輸線 介電常數(shù) 大應(yīng)變 HFSS

【摘要】：大型基礎(chǔ)設(shè)施、巖體滑坡等安全監(jiān)測的研究,逐漸成為全球科研的熱門課題。而現(xiàn)有的應(yīng)變感知元件,因?yàn)榱砍绦∫约叭砍痰谋O(jiān)測難以實(shí)現(xiàn),所以不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。特別是在極端荷載和災(zāi)害(或?yàn)?zāi)變)作用下造成損傷的監(jiān)測,成為制約大型基礎(chǔ)設(shè)施以及滑坡體安全監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的瓶頸。本文研究了一種基于射頻同軸電纜電柵式的應(yīng)變傳感器,從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在寬量程范圍內(nèi)的安全監(jiān)測。所研究的傳感器是根據(jù)光纖布拉格光柵的原理演變而來的一種新型傳感器,與傳統(tǒng)的光纖布拉格光柵傳感器相比,其傳輸媒介為射頻同軸電纜,依據(jù)同軸電纜中射頻信號的傳輸特性來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。為更好地實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的目的,論文對電容加載同軸諧振腔結(jié)構(gòu)及特性研究,實(shí)現(xiàn)阻抗不連續(xù)；這是在同類傳感器的研究中首次提出這樣的觀點(diǎn)。本論文主要研究內(nèi)容如下：(1)首先,研究與學(xué)習(xí)新型射頻同軸電纜電柵的理論。通過分析射頻同軸電纜形成電柵效應(yīng)的原理以及電容加載同軸諧振空腔的射頻理論,提出自己的觀點(diǎn),實(shí)現(xiàn)新型射頻同軸電纜電柵的理論研究與分析。(2)其次,通過Ansoft HFSS三維電磁場軟件實(shí)現(xiàn)仿真設(shè)計(jì)。根據(jù)電容加載同軸諧振空腔的機(jī)械結(jié)構(gòu),并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用,對其可行性進(jìn)行理論分析。進(jìn)一步建立電容加載諧振空腔與同軸電纜3D模型,實(shí)現(xiàn)本論文所研究的同軸電纜電柵傳感器結(jié)構(gòu)的模擬仿真。(3)然后,設(shè)計(jì)出電容加載同軸諧振腔的機(jī)械結(jié)構(gòu),并實(shí)現(xiàn)器件的制作；同時(shí),對傳感器實(shí)現(xiàn)過程做詳細(xì)說明。為達(dá)到工程應(yīng)用的目的,同樣對傳感器的信號發(fā)射與接收設(shè)備做了簡單介紹。(4)最后,研究和分析同軸電纜電柵傳感器傳輸特性。通過數(shù)據(jù)的采集與分析,得到同軸電纜電柵傳感器的應(yīng)變曲線以及溫度特性曲線,并對同軸電纜電柵傳感器的長期穩(wěn)定性進(jìn)行測試驗(yàn)證。本論文通過研究和分析,提出了電容加載同軸諧振腔機(jī)械結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)同軸電纜電柵傳感器的加工制作和測試,并達(dá)到測試要求。同時(shí),本課題研究思路,對今后同軸電纜電柵傳感器的進(jìn)一步研究具有一定的借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：同軸電纜傳感器 諧振空腔 傳輸線 介電常數(shù) 大應(yīng)變 HFSS
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(工程管理與信息技術(shù)學(xué)院)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 研究的背景與意義10-12
• 1.2 研究的進(jìn)展12-17
• 1.2.1 大應(yīng)變傳感技術(shù)國內(nèi)外進(jìn)展13-16
• 1.2.2 同軸電纜傳感器的研究16-17
• 1.3 本文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)17-20
• 第二章 同軸電纜電柵的基本原理20-44
• 2.1 傳輸線理論20-26
• 2.2 同軸電纜傳輸線的特性26-31
• 2.3 模式耦合理論31-36
• 2.4 布拉格電柵的原理及實(shí)現(xiàn)36-37
• 2.5 諧振腔理論37-42
• 2.5.1 電容加載同軸線諧振腔40-42
• 2.5.2 同軸線諧振腔的調(diào)諧42
• 2.6 本章小結(jié)42-44
• 第三章 傳感器的需求分析與仿真設(shè)計(jì)44-58
• 3.1 同軸電纜電柵傳感器需求分析44-46
• 3.1.1 軟件需求分析44-45
• 3.1.2 性能需求分析45-46
• 3.2 仿真軟件46-47
• 3.2.1 AnsoftHFSS仿真軟件簡介46-47
• 3.2.2 AnsoftHFSS設(shè)計(jì)流程47
• 3.2.3 AnsoftHFSS軟件的求解47
• 3.3 電容加載同軸諧振腔的仿真設(shè)計(jì)47-52
• 3.3.1 電容加載同軸諧振腔的基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)48-50
• 3.3.2 反射空腔優(yōu)化設(shè)計(jì)的仿真求解50-52
• 3.4 同軸電纜傳感器建模仿真52-56
• 3.5 本章小結(jié)56-58
• 第四章 同軸電纜電柵傳感器的實(shí)現(xiàn)58-72
• 4.1 射頻同軸電纜電柵傳感器的實(shí)現(xiàn)方法58-66
• 4.1.1 諧振空腔與同軸電纜焊接58-61
• 4.1.2 傳感器制作61-63
• 4.1.3 諧振空腔個(gè)數(shù)的影響63-65
• 4.1.4 諧振空腔反射率的影響65-66
• 4.2 射頻同軸電纜電柵傳感器信號發(fā)生器與接收設(shè)備66-70
• 4.3 本章小結(jié)70-72
• 第五章 同軸電纜電柵傳感器的測試與應(yīng)用72-84
• 5.1 射頻同軸電纜電柵傳感器傳感特性72-76
• 5.2 射頻同軸電纜電柵傳感器系統(tǒng)的傳感特性76-82
• 5.2.1 應(yīng)力/應(yīng)變可靠性測試76-78
• 5.2.2 溫度特性78-80
• 5.2.3 模擬測試傳感器傳感特性80-81
• 5.2.4 穩(wěn)定性測試81-82
• 5.3 本章小結(jié)82-84
• 第六章 總結(jié)與展望84-86
• 6.1 總結(jié)84-85
• 6.2 展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 致謝90-92
• 個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的論文與研究成果92

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本文編號：1080863