一種新型振弦式力傳感器的研制.pdf

1、振弦式傳感器被廣泛應(yīng)用于巖土工程和其他工程應(yīng)用中，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、制作安裝方便、零點(diǎn)穩(wěn)定、宜于多點(diǎn)遠(yuǎn)傳等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于測(cè)量力、應(yīng)力、應(yīng)變、壓力等物理量。 振弦式力傳感器作為振弦式傳感器的一個(gè)主要類(lèi)別，其基本構(gòu)件一般包括彈性元件、激振拾振裝置以及振弦。其中彈性元件的材料和尺寸直接影響傳感器的靈敏度和使用壽命：激振拾振裝置則要能保證振弦的可靠起振并保持振弦的連續(xù)振動(dòng)，同時(shí)還要實(shí)時(shí)地輸出振弦的振動(dòng)頻率；振弦的規(guī)格，特別是弦徑，對(duì)

2、傳感器的輸出頻率范圍和測(cè)量穩(wěn)定性有著重要的影響。終上所述，為了提升振弦式力傳感器的性能，本文對(duì)振弦式力傳感器的彈性元件、激振拾振裝置以及振弦對(duì)傳感器性能的影響進(jìn)行了研究和重新設(shè)計(jì)。 首先對(duì)振弦式力傳感器的彈性元件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法憑借經(jīng)驗(yàn)公式給出初始方案，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，最后在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上校驗(yàn)可行性，其主要缺點(diǎn)是重分析、重校核過(guò)程最多為2-3次，否則工作量太大，難以承受，因而不易得到較理想的既

3、經(jīng)濟(jì)又安全的設(shè)計(jì)方案，且很難對(duì)傳感器的整體受力情況進(jìn)行分析。因此，基于ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言APDL對(duì)傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元建模和彈性元件尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并得到了傳感器結(jié)構(gòu)的整體受力情況。優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果表明，2.1mm為彈性元件截面半徑的最優(yōu)尺寸。 其次，在分析了現(xiàn)有的各種激振拾振方法的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于電流型激勵(lì)法而言，若采用雙線圈連續(xù)激振法可以避免給振弦加載電流，從而也就不用考慮振弦的絕緣問(wèn)題，比較適用于現(xiàn)有的

4、傳感器結(jié)構(gòu)。但普通的雙線圈連續(xù)激振法采用單脈沖起振，又具有起振不可靠的缺點(diǎn)。為了彌補(bǔ)此缺點(diǎn)，本文將掃頻激勵(lì)法和雙線圈連續(xù)激勵(lì)法相結(jié)合，采用了基于掃頻技術(shù)的雙線圈連續(xù)激勵(lì)法，并在振弦頻率測(cè)試平臺(tái)上對(duì)其激振拾振效果進(jìn)行了測(cè)試，效果比較理想。 此外，由于振弦對(duì)傳感器的輸出頻率范圍和測(cè)量穩(wěn)定性有著重要的影響，而且很少有文獻(xiàn)具體討論過(guò)振弦式傳感器的敏感元件即振弦對(duì)于傳感器性能的影響，有必要對(duì)不同規(guī)格的振弦的振動(dòng)頻率進(jìn)行測(cè)試。以O(shè)Cr18N