液位及液壓是石油化工、生物醫(yī)藥、蓄水供水、環(huán)境氣象等諸多行業(yè)的重要監(jiān)測參量,液位及液壓測量的準(zhǔn)確程度關(guān)乎這些行業(yè)的產(chǎn)量、品質(zhì)以及生產(chǎn)、運(yùn)輸及存儲(chǔ)過程的安全穩(wěn)定。光纖傳感器與傳統(tǒng)電學(xué)傳感器相比,絕緣性好,耐腐蝕,質(zhì)量輕,體積小,便于組網(wǎng)及遠(yuǎn)距離檢測,對(duì)易燃易爆等惡劣環(huán)境有良好的適應(yīng)能力,在特殊環(huán)境下的液位及液壓測量應(yīng)用中占有重要的地位。由于液位測量可以通過測量液壓并進(jìn)行換算來實(shí)現(xiàn),本文開展了光纖法珀液壓傳感器的開腔結(jié)構(gòu)、溫度穩(wěn)定性及壓力穩(wěn)定性研究。本文的具體研究內(nèi)容包括:1、構(gòu)建光纖法珀液壓傳感器的基本模型,分析了傳感器的力學(xué)及光學(xué)測量原理,研究了傳感器測量精度的影響因素,包括不同壓強(qiáng)及膜片尺寸范圍下的膜片受力形變理論以及環(huán)境氣壓、法珀腔內(nèi)氣壓和環(huán)境溫度對(duì)法珀腔腔長的影響。2、針對(duì)傳感器測量準(zhǔn)確度的影響因素,分析改進(jìn)光纖法珀液壓傳感器的結(jié)構(gòu)和配套的封裝體的結(jié)構(gòu)的方法,提出設(shè)計(jì)并制作了具有開腔結(jié)構(gòu)的光纖法珀液壓傳感器及其封裝,隨后根據(jù)制作的傳感器的具體參數(shù),仿真分析了開腔結(jié)構(gòu)與封閉結(jié)構(gòu)兩種傳感器的測量準(zhǔn)確度。模擬分析證明開腔結(jié)構(gòu)能有效降低傳感器的溫度靈敏度和氣壓靈敏度。3、搭建適用于開腔結(jié)... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光纖法珀液壓傳感器基本結(jié)構(gòu)

第2章光纖法珀液壓傳感器基本原理11然而實(shí)際應(yīng)用中，液面上方基本不可能為真空環(huán)境，不論是密閉空間還是和外界聯(lián)通的空間，液面上方均有氣體存在，這部分氣體的壓強(qiáng)同樣會(huì)通過液體傳遞到傳感器的膜片上，導(dǎo)致傳感器測量出現(xiàn)誤差。這種由環(huán)境氣體壓力導(dǎo)致的誤差將在2.3節(jié)及3.3節(jié)中進(jìn)行分析。2.2.2膜片受力形變的力學(xué)模型2.1節(jié)已經(jīng)提到，光纖法珀液壓傳感器主要由彈性膜片、支撐體以及光纖三部分組成，彈性膜片與支撐體通過無機(jī)焊料、激光或環(huán)氧膠進(jìn)行固定。由于支撐體以及法珀微腔均為圓柱形結(jié)構(gòu)，彈性膜片在微腔的一側(cè)，未與支撐體接觸的懸空部分可被看做圓形薄板，周圍與支撐體外側(cè)進(jìn)行環(huán)形固定。彈性膜片外表面受到軸向的均勻壓力載荷作用時(shí)將向法珀腔一側(cè)彎曲，導(dǎo)致法珀腔腔長變化，進(jìn)而使干涉光信號(hào)的光程差發(fā)生改變。因此彈性膜片受力形變的模型可以被簡化為承受均勻分布的載荷的圓形薄板的軸對(duì)稱彎曲問題，簡化模型如圖2-2所示，t，a，q，rM，rQ分別表示圓形薄板的厚度、半徑、載荷、彎矩及剪力。圖2-2承受均勻分布的載荷的圓形薄板的軸對(duì)稱彎曲模型首先，從直徑為2a的圓形薄板中心區(qū)域截取一塊直徑為2r的圓形區(qū)域作為隔離體來進(jìn)行受力分析，以薄板彎曲的一般公式為基礎(chǔ)推導(dǎo)承受均勻分布載荷的軸對(duì)稱彎曲圓形薄板的撓度公式，進(jìn)而獲得受到均勻壓力載荷作用時(shí)膜片中心處的形變量大校由薄板的小撓度彎曲理論[46]可知，在小撓度形變范圍內(nèi)，薄板彎曲的通用微

第2章光纖法珀液壓傳感器基本原理13板受到的均勻分布載荷q(r)有關(guān)，設(shè)()0qr=q時(shí)特解的表達(dá)式為：4kr=(2-7)代入式(2-3)可得：064qkD=(2-8)因此可得：4064qrD=(2-9)進(jìn)而得到受到均勻分布載荷0q時(shí)圓形薄板的軸對(duì)稱彎曲撓度方程為：4203464qrCrCD=++(2-10)同時(shí)可得圓形薄板的彎矩及剪力[46]為：223232211rrddMDdrrdrdddQDdrrdrrdr=+=+(2-11)接下來通過實(shí)際問題中的邊界條件確定系數(shù)3C和4C的值。理論上，根據(jù)彈性力學(xué)知識(shí)求解圓形薄板的軸對(duì)稱彎曲問題時(shí)，邊界支撐條件有三種可能[47]，即自由、周邊固支及周邊簡支三種，應(yīng)用于光纖法珀液壓傳感器的具體結(jié)構(gòu)時(shí)，自由邊界條件明顯不符，與實(shí)際結(jié)構(gòu)較接近的是周邊固支和周邊簡支兩種邊界條件，這兩種邊界條件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-3所示，下面將分別在這兩種邊界條件下分析系數(shù)3C和4C的具體值圖2-3(a)固支邊界條件(b)簡支邊界條件將彈性膜片與支撐體之間的固定結(jié)構(gòu)近似為周邊固支條件時(shí)，因?yàn)閺椥阅て艿江h(huán)形固定，所以均勻分布的載荷為0q時(shí)，在r=a的圓形位置上彈性膜片的撓度和曲率均為零，即有下式：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：2933899