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《天津大学》 2012年
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聚合物光纤扭矩传感技术的研究

尤茜  
【摘要】:在实际的生产及应用中,扭矩是旋转动力机械的重要工作参数,可以反映整个机械系统的工作状态,而扭矩测量技术已经广泛应用于各种机械产品的开发研究、故障诊断、优化控制中,大到舰船、钻机、发电设备,小到微电机家用电器、波段开关等。聚合物光纤传感技术作为新型的传感技术类型,具有其他电传感技术,甚至是一般光纤传感技术无法比拟的独特优点,比如抗电磁干扰、易于连接耦合、灵敏度高、柔韧性高、价格低、解调方便等。 将聚合物光纤的宏弯曲损耗原理应用到扭矩测量中,通过理论数据分析和实验结果研究,探索出一种新型的基于聚合物光纤的扭矩传感器,完成的主要内容如下: 1)完成了强度调制型聚合物光纤扭矩传感器的理论分析。分析了聚合物光纤的结构特性并分析引起聚合物光纤损耗特性的各种因素,对聚合物光纤的宏弯曲损耗进行了详细的理论分析;分析了扭矩测量的基本原理,从理论上确定了扭矩与剪应变、扭转角和剪应力的关系,并具体分析了应变式扭矩传感器。 2)经过分析建立了理想的传感器结构的光强衰减-扭矩的数学模型,并且对影响传感器灵敏度、线性度等性能的弹性体结构和弹性体材料进行了仿真分析,确定影响系统性能的弹性体结构参数以及应变片的粘贴方法。 3)搭建了扭矩传感实验系统。对聚合物光纤的强度调制型测量系统的测量误差进行分析并建立了传感系统结构。针对系统噪声的降低,设计了光源模块、耦合光路、光信号探测模块以及基于LABVIEW的信号采集处理模块等部分,满足基本测试要求。 4)进行了聚合物光纤扭矩传感器的实验研究,主要分为两大部分,首先进行传感器结构实验,对不同的传感器结构进行应变相关实验,寻求结构简单、灵敏度高、线性度好的传感结构;其次对扭矩传感系统进行分析设计,并将扭矩引起的剪应变与光纤应变实验相结合,对聚合物光纤扭矩传感器进行标定,并对传感器的线性、重复性、迟滞性等静态特性指标进行实验研究。 研究表明,基于聚合物光纤的扭矩传感技术具有良好的线性、重复性和迟滞性,在扭矩测量领域具有巨大的应用前景。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP212

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【参考文献】
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