一種新型力傳感器的設計與標定.pdf

1、在核動力裝置中，蒸汽發(fā)生器是非常關鍵的熱量轉化部件。傳熱管是其重要部件，它不僅承受著一次側介質和二次側介質兩側的溫差及由壓力差產生的應力，而且在正常工作時，在支撐點處，傳熱管會與支撐點發(fā)生摩擦磨損，致使管壁越來越薄，最終導致蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂的概率增加。傳熱管發(fā)生破裂，會造成放射性物質的泄漏，甚至造成反應堆停堆。
　　為了準確獲得傳熱管管壁磨損情況，需要測量傳熱管縱向和徑向振動頻率以及徑向力大小，其振動頻率和力是動態(tài)變化的，傳感

2、器與被測傳熱管必須始終接觸，才能保證傳感器獲取完整的信號，因此文中設計了一種能夠測量一定范圍內振動頻率和力值變化的光纖力傳感器，該傳感器能夠始終不脫離被測傳熱管并且有體積小、抗干擾能力強、精度高、質量輕等特點。對該傳感器的設計、測試和應用研究具有一定的意義和實用價值。
　　文中首先介紹了課題研究的背景及實際意義，接著介紹了動態(tài)測量力傳感器以及動靜態(tài)力傳感器標定系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，論證了研究光纖力傳感器的重要意義。
　　第二，根據(jù)

3、傳感器的實際工作環(huán)境確認傳感器的設計方案，由傳感器設計方案和測量方式構建傳感器結構力學模型，推導出光纖力傳感器接觸式測量信號不丟失的微分方程和傳遞函數(shù)，并求解出傳感器振動頻率范圍為50KHZ～239KHZ及傳感器管道脫離接觸的臨界頻率為398.062KHZ；接著利用MATLAB計算并作圖求解出力傳感器的最優(yōu)結構值；最后利用ANSYS Workbench對傳感器結構做了靜力學分析，在1～300N靜荷載作用下能夠達到最大撓度為0.03mm，

4、該值在傳感器測量精度范圍內；還做了結構梁的模態(tài)分析，仿真值和理論計算值誤差為0.27％，此次設計的光纖力傳感器符合理論設計要求。
　　第三，介紹了光纖力傳感器的靜態(tài)標定和動態(tài)測試的相關性能指標，并設計、加工和制造了靜態(tài)標定裝置，理論驗證了該裝置可行；依據(jù)強迫振動法自行搭建動態(tài)測試系統(tǒng)模型，從靜態(tài)方面出發(fā)，理論推導計算出力錘標準信號和光纖力傳感器響應信號的相干值為1.05，證明該測試方式可行；最后介紹了信號處理與信號分析中所需的理論

5、。
　　第四，設計研究了靜態(tài)標定與動態(tài)測試的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，使用C++語言編寫了靜態(tài)標定和動態(tài)測試的數(shù)據(jù)采集驅動程序，采用虛擬儀器平臺，結合編程軟件LabVIEW編寫了數(shù)據(jù)處理程序，能夠對信號進行數(shù)據(jù)采集、存儲及信號分析。
　　最后，搭建光纖力傳感器的靜態(tài)標定和動態(tài)測試實驗平臺，并對相應的性能指標做了分析處理，得到加載力和實驗所得力呈線性，傳感器線性度為0.22%，靜態(tài)靈敏度為1.0006；力錘標準激勵信號與光纖力傳感器