本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于燃氣管道的聲表面波應(yīng)變傳感器的研究

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【摘要】：聲表面波應(yīng)變傳感器廣泛適用于多種測量環(huán)境,尤其是一些極端特殊環(huán)境,如用于燃氣管道的形變監(jiān)測。燃氣管道運輸可燃氣體,長期存在管道變形燃氣爆炸危險,聲表面波應(yīng)變傳感器精度高、無源的特點,使其能精確測量燃氣管道表面的微小形變,且避免在該易燃易爆場所引入安全隱患,可以較好的解決燃氣管道形變監(jiān)測的難題。本文在目前聲表面波傳感器技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,對應(yīng)用于燃氣管道的聲表面波應(yīng)變傳感器進行了研究:一、運用有限元的分析方法,構(gòu)建了聲表面波壓電基片的仿真模型,基于微擾理論分析計算了壓電基片在各切向下的應(yīng)變靈敏度。根據(jù)計算結(jié)果,選取了應(yīng)變靈敏度較高且溫度敏感度較低的基片切向進行實驗證,在基片表面制作叉指換能器和反射柵,并實驗測試了基片的應(yīng)變靈敏度,實驗結(jié)果與理論分析結(jié)果相吻合,驗證了仿真計算結(jié)果的準確性。二,在應(yīng)變測量基片的基礎(chǔ)上設(shè)計了溫度補償基片,用于補償應(yīng)變測量過程中由溫度變化引起的附加應(yīng)變值。對溫度補償前后的應(yīng)變傳感器進行對比測試實驗,結(jié)果表明補償后傳感器能有效排除溫度干擾,應(yīng)變測量有效提高。三、對傳感器的金屬封裝外殼進行了研究及優(yōu)化,通過對多種金屬外殼結(jié)構(gòu)進行試驗,最終選取了一種可伐合金制成的直壁金屬外殼,能夠在不降低應(yīng)變靈敏度的前提下對基片起到保護作用。四,將傳感器與采集器電路及上位機軟件進行了系統(tǒng)聯(lián)調(diào),使傳感器系統(tǒng)實現(xiàn)了快速穩(wěn)定的應(yīng)變測量及數(shù)據(jù)采集,并能將采集結(jié)果實時顯示于可視化界面,使更適于長期的應(yīng)變監(jiān)測。五,對傳感器系統(tǒng)進行了一致性、重復性、準確性實驗,經(jīng)長期測試,驗證了傳感器的可靠性。將傳感器在北京燃氣集團的燃氣管道進行現(xiàn)場安裝測試,并進行了長期的應(yīng)變監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集,將監(jiān)測結(jié)果與經(jīng)驗值相對比,驗證了聲表面應(yīng)變傳感器應(yīng)用于燃氣管道形變監(jiān)測的可行性。
【關(guān)鍵詞】：燃氣管道 形變監(jiān)測 聲表面波 應(yīng)變傳感器 溫度補償
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 燃氣管道應(yīng)變監(jiān)測的存在的問題10-11
• 1.2 常用應(yīng)變傳感器介紹11-14
• 1.2.1 電阻應(yīng)變片11-12
• 1.2.2 光纖布拉格光柵溫度應(yīng)力傳感器12-13
• 1.2.3 壓電應(yīng)變傳感器13-14
• 1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.4 論文研究內(nèi)容15-16
• 1.5 論文組織結(jié)構(gòu)16-18
• 第2章 傳感器基片切向優(yōu)化18-31
• 2.1 壓電基片材料選擇18-19
• 2.2 基片切向仿真計算19-25
• 2.2.1 仿真與分析19-25
• 2.3 傳感器頻分多址方案優(yōu)化25-27
• 2.3.1 理論分析26
• 2.3.2 傳感器頻譜多址方案26-27
• 2.4 叉指換能器的設(shè)計27-28
• 2.5 傳感器的實驗測試28-31
• 2.5.1 實驗測試標準28-29
• 2.5.2 實驗測試結(jié)果29-31
• 第3章 傳感器的溫度補償31-37
• 3.1 常用溫度補償方法31-32
• 3.2 溫度補償基片結(jié)構(gòu)設(shè)計32-33
• 3.3 補償效果的實驗驗證33-37
• 第4章 傳感器的封裝及實驗驗證37-45
• 4.1 封裝方案及實驗驗證37-41
• 4.2 可靠性實驗驗證41-45
• 4.2.1 重復性實驗41-42
• 4.2.2 重復性實驗42-43
• 4.2.3 準確性實驗43-45
• 第5章 系統(tǒng)的實驗驗證45-58
• 5.1 系統(tǒng)簡介45-48
• 5.1.1 采集器電路45-47
• 5.1.2 上位機軟件47-48
• 5.2 系統(tǒng)實驗驗證48-58
• 5.2.1 實驗室中實驗驗證48-51
• 5.2.2 現(xiàn)場安裝實驗驗證51-53
• 5.2.3 實驗情況與數(shù)據(jù)53-58
• 第6章 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 本文總結(jié)58
• 6.2 未來展望58-60
• 參考文獻60-63
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單63-64
• 致謝64

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本文編號：836335