基于復合材料的光纖光柵加速度傳感器的研究.pdf

1、隨著重大裝備和重大工程結構系統(tǒng)大型化、連續(xù)化、高速化、高效化、輕柔化和自動化方向發(fā)展，其動力學問題日益復雜。如何在復雜惡劣的環(huán)境下、在超荷載的工況下對其進行準確的動態(tài)測試和分析，確保設備正常和工程安全的健康狀況監(jiān)測(特別是其中的振動監(jiān)測)顯得越來越重要。目前廣泛應用的電磁類加速度傳感器由于抗干擾能力和長期穩(wěn)定性差，不太適應遠傳輸環(huán)境的使用；而傳統(tǒng)的懸臂梁式光纖光柵加速度傳感器由于結構的限制其性能得不到提高，二者均不能很好滿足大型結構的振

2、動監(jiān)測需要。因此，研究和開發(fā)新型的光纖光柵加速度傳感器有著重要的意義。
　　 本論文基于光纖光柵加速度傳感器的基本理論、基礎實驗，結合ANSYS參數(shù)化優(yōu)化設計方法，從材料、構件、結構等方面探討基于復合材料的光纖光柵加速度傳感器的設計理論，以期研制出適應惡劣復雜環(huán)境并可用于大型結構工程振動監(jiān)測的高靈敏度低頻的光纖光柵加速度傳感器。
　　 1.基于光纖光柵傳感理論，系統(tǒng)研究了光纖光柵加速度傳感器的基本原理和動態(tài)特性；針對現(xiàn)有

3、加速度傳感器的不足，研究了一種雙板簧結構的光纖光柵加速度傳感器，并從材料和結構兩方面對其進行系統(tǒng)優(yōu)化。
　　 2.針對雙板簧結構加速度傳感器的性能需要和現(xiàn)有金屬基彈性結構的不足，提出了以碳纖維基的復合材料傳感器彈性結構；系統(tǒng)研究復合材料層合板的設計理論和成型工藝方法，設計和制備了用于傳感器彈性結構的碳纖維復合材料層合板。并對其進行了系統(tǒng)力學性能實驗，得到了滿足加速度傳感器參數(shù)要求(彈性模量約為145GPa)的碳纖維復合材料彈性結

4、構。
　　 3.根據(jù)具體的應用對象環(huán)境和測量的要求，結合設計的高靈敏度低頻光纖光柵加速度傳感器，總結出碳纖維基光纖光柵加速度傳感器的設計理論與方法。即利用ANSYS軟件建立傳感器的靜態(tài)、動態(tài)特性分析方法，用APDL語言編寫了優(yōu)化分析程序和控制程序，迭代計算得到了傳感器的最優(yōu)結構。隨后通過ANSYS軟件對最優(yōu)結構進行了模態(tài)分析、諧響應分析和橫向靈敏度分析。
　　 4.對傳感器最優(yōu)結構進行加工與封裝工藝研究，并進行系統(tǒng)的實驗