用于鋼軌溫度應(yīng)力檢測(cè)的電容式位移傳感器的結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、本文介紹了一種用于鋼軌溫度應(yīng)力檢測(cè)的電容式位移傳感器結(jié)構(gòu)方案。該傳感器是基于傳統(tǒng)測(cè)量方法和標(biāo)定軌長(zhǎng)測(cè)量軌溫的原理基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的。將自由軌段與固定軌段平行安裝，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，固定軌段受扣件阻力及道床阻力的作用不能伸縮，產(chǎn)生了溫度應(yīng)力，而自由鋼軌能自由伸縮，產(chǎn)生了長(zhǎng)度的變化，即發(fā)生了應(yīng)變，而這應(yīng)變就是由于鋼軌內(nèi)部溫度應(yīng)力的釋放而產(chǎn)生的。因而固定軌段的瞬時(shí)自然長(zhǎng)度（即標(biāo)定軌長(zhǎng)）與自由鋼軌的瞬時(shí)自然長(zhǎng)度之差就反映了固定軌段的溫度應(yīng)力的大小

2、。這個(gè)“瞬時(shí)自然長(zhǎng)度之差”是通過(guò)電容式位移傳感器進(jìn)行檢測(cè)的。在該檢測(cè)方法中，將傳感器動(dòng)極安裝在自由軌段上，傳感器定極安裝在固定軌段上，兩極板間的位移就是固定軌段（標(biāo)定軌長(zhǎng)）與自由鋼軌的瞬時(shí)自然長(zhǎng)度差。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，固定軌段的瞬時(shí)自然長(zhǎng)度不變，而自由鋼軌會(huì)發(fā)生伸縮，瞬時(shí)自然長(zhǎng)度變化，從而推動(dòng)電容的動(dòng)極移動(dòng)，極板間距改變，電容值變化。因此，通過(guò)測(cè)量電容值的變化可檢測(cè)出固定鋼軌的溫度應(yīng)力。
　　由于鋼軌溫度應(yīng)變量只有數(shù)十微米，為了提

3、高傳感器的靈敏度，同時(shí)降低后續(xù)電路設(shè)計(jì)的難度，設(shè)計(jì)了一種雙柔性的平行四桿柔性鉸鏈位移放大機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)既能減少不必要的傳遞誤差、安裝誤差，又能降低加工難度，同時(shí)減小傳感器的體積。在對(duì)位移放大機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，分析了位移放大機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)和運(yùn)動(dòng)情況并對(duì)柔性鉸鏈的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí)還通過(guò)ANSYS有限元仿真軟件對(duì)位移放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元建模分析，優(yōu)化了位移放大機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)。
　　同時(shí)，利用ANSYS對(duì)傳感器電容的電場(chǎng)情況進(jìn)行了仿真分