壓力傳感器是常見的一種物理傳感器,廣泛應(yīng)用于航空航天,機(jī)械船舶,橋梁建筑等領(lǐng)域。諧振式壓力傳感器作為典型的高精度壓力傳感器,利用諧振子受力變形后頻率變化反應(yīng)壓力大小,這種基于機(jī)械特性的測量原理使諧振式傳感器具有更高的穩(wěn)定性和可靠性。為進(jìn)一步提高諧振式壓力傳感器的靈敏度,本文提出一種基于預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的新型諧振式壓力傳感器結(jié)構(gòu),分析傳感器預(yù)應(yīng)力特性和振動特性,確定以預(yù)應(yīng)力改變諧振子剛度提高靈敏度的方法,最后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,證明壓力靈敏度提高了3.2倍。本文研究的技術(shù)方案如下:1、基于梁的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)分析提出帶磁鐵的三根雙端固定耦合梁諧振子結(jié)構(gòu)。根據(jù)歐拉-伯努利梁變形理論和多自由度系統(tǒng)的振動原理,得到該諧振子結(jié)構(gòu)的振動特性和振動模態(tài)。在對梁施加集中預(yù)應(yīng)力載荷后,結(jié)合彎曲變形和超靜定理論分析了在預(yù)應(yīng)力作用下諧振子固有頻率的表達(dá)形式。在施加壓力后得到固有頻率和壓力靈敏度均隨預(yù)應(yīng)力的施加而增加的關(guān)系。2、優(yōu)化設(shè)計傳感器尺寸結(jié)構(gòu),建立預(yù)應(yīng)力施加與壓力靈敏度的關(guān)系。利用有限元軟件仿真分析了諧振梁長度、厚度、耦合部分比例等參數(shù)與諧振頻率的關(guān)系,優(yōu)化設(shè)計了諧振子的結(jié)構(gòu)尺寸。對預(yù)應(yīng)力施加方式和范圍進(jìn)行研究,證明了...

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 壓力傳感器
        1.2.1 電容壓力傳感器
        1.2.2 壓阻壓力傳感器
        1.2.3 壓電壓力傳感器
    1.3 諧振式傳感器
        1.3.1 諧振式傳感器分類及原理
        1.3.2 諧振壓力傳感器介紹
    1.4 預(yù)應(yīng)力原理及應(yīng)用
        1.4.1 預(yù)應(yīng)力技術(shù)概況
        1.4.2 預(yù)應(yīng)力效應(yīng)
    1.5 論文內(nèi)容
第2章 壓力傳感理論與預(yù)應(yīng)力效應(yīng)分析
    2.1 諧振式壓力傳感器總體設(shè)計
    2.2 振動模型建立與諧振理論分析
    2.3 預(yù)應(yīng)力效應(yīng)理論分析
    2.4 振動模態(tài)分析
    2.5 壓力薄膜設(shè)計
    2.6 靈敏度分析
    2.7 本章小結(jié)
第3章 壓力傳感結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真
    3.1 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計
        3.1.1 材料與梁結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.1.2 耦合部分設(shè)計
    3.2 振動仿真
    3.3 壓電激勵與拾振
    3.4 預(yù)應(yīng)力效應(yīng)分析與優(yōu)化
        3.4.1 磁鐵力計算
        3.4.2 預(yù)應(yīng)力振動仿真
        3.4.3 靈敏度仿真與優(yōu)化
    3.5 本章小結(jié)
第4章 預(yù)應(yīng)力壓力傳感結(jié)構(gòu)制作與性能測試
    4.1 微機(jī)械加工技術(shù)簡介
    4.2 實(shí)驗(yàn)原理與測試平臺
        4.2.1 預(yù)應(yīng)力諧振式傳感結(jié)構(gòu)
        4.2.2 測試系統(tǒng)及主要設(shè)備
    4.3 諧振式壓力傳感器特性試驗(yàn)
        4.3.1 壓力傳感器振動特性
        4.3.2 壓力傳感器非線性振動特性
    4.4 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)壓力靈敏度測試
    4.5 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介及科研成果
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    科研成果
    參與項目
致謝



本文編號：3809327