發(fā)布時間：2017-10-13 15:00

  本文關鍵詞：聲表面波扭矩檢測研究

  更多相關文章： 聲表面波 歐拉角切型優(yōu)化 扭矩傳感 環(huán)狀天線 諧振器

【摘要】：為了滿足工業(yè)應用的不同需求,許多研究機構一直致力于新型扭矩傳感技術的研究。聲表面波技術是近些年來頗受推崇的新興技術,由于它無源無線的特點,在溫度、壓力、應力、扭矩等傳感方面具有獨特優(yōu)勢。采用聲表面波技術的扭矩檢測已成為扭矩傳感器研究的一個新方向�；谏鲜霰尘�,論文對聲表面波扭矩檢測技術展開了研究。論文首先介紹了聲表面波技術用于扭矩檢測的理論基礎。根據聲表面波扭矩傳感器的特點,論文設計了扭矩轉軸,并采用COMSOL軟件,對扭矩轉軸上粘貼傳感器的工作平面上應力應變進行了有限元仿真。在此基礎上,論文進行了諧振器型聲表面波扭矩檢測的機理研究。扭矩導致轉軸應變的變化,轉軸上的應變傳遞到聲表面波傳感器,導致壓電基底產生相應的初始應力應變。分析了在初始應力應變影響下的彈性波波動方程、彈性常數、密度的變化,建立了聲表面波扭矩傳感模型�；谠撃Ｐ�,以石英作為壓電基底材料,仿真優(yōu)化了不同歐拉角切型的聲表面波扭矩傳感器的扭矩靈敏度、機電耦合系數和頻率溫度系數等參數,為傳感器的設計和制作提供了理論依據。根據聲表面波扭矩傳感器切型優(yōu)化的結果,設計了兩種不同諧振頻率的扭矩傳感器,優(yōu)化設計了叉指換能器、反射柵的相應參數。為實現扭矩的無線傳感,論文仿真設計并制作了可用于轉軸的PCB環(huán)狀天線,并利用網絡分析儀對其性能進行了測試。根據測試結果,進一步對環(huán)狀天線進行了阻抗匹配的仿真優(yōu)化,最終設計出了性能滿足要求的環(huán)狀天線。論文最后搭建了扭矩實驗平臺。根據聲表面波傳感器制作單位的實際情況和現有切型,采用歐拉角為(118°,108°,4°)的石英作為聲表面波傳感器的壓電基底,然后對傳感器進行了有線和無線測試。通過有線的扭矩測試結果表明,聲表面波傳感器具有良好的線性度和重復性,實驗測得扭矩靈敏度與理論值相比較小,據此分析了相應原因。在無線測試方面,通過分析扭矩傳感器的回波信號的特點,設計了閱讀器信號處理算法。將閱讀器連接環(huán)狀天線,對連接棒狀天線的扭矩傳感器進行了無線測試,驗證了聲表面波技術用于扭矩無線檢測的可行性。
【關鍵詞】：聲表面波 歐拉角切型優(yōu)化 扭矩傳感 環(huán)狀天線 諧振器
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注釋表10-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 引言11
• 1.2 扭矩檢測研究現狀11-13
• 1.2.1 扭矩測量方法11-12
• 1.2.2 國內外扭矩檢測研究現狀12-13
• 1.3 聲表面波扭矩檢測研究現狀13-16
• 1.4 論文研究內容16-18
• 第二章 聲表面波扭矩檢測的理論基礎18-26
• 2.1 聲表面波傳感器18-20
• 2.1.1 叉指換能器18
• 2.1.2 延遲線型聲表面波傳感器18-19
• 2.1.3 諧振器型聲表面波傳感器19-20
• 2.2 轉軸扭矩檢測原理20-24
• 2.2.1 轉軸扭矩力學分析20-21
• 2.2.2 聲表面波扭矩測量原理21-23
• 2.2.3 諧振頻率測量原理23-24
• 2.3 天線24-26
• 第三章 聲表面波扭矩檢測的傳感器研究26-51
• 3.1 扭矩轉軸設計26-28
• 3.1.1 轉軸設計26-27
• 3.1.2 轉軸應力應變的有限元仿真27-28
• 3.2 聲表面波扭矩傳感機理研究28-37
• 3.2.1 彈性波波動方程29-33
• 3.2.1.1 壓電介質耦合波方程29-30
• 3.2.1.2 壓電介質Christoffel方程30-31
• 3.2.1.3 部分波理論31-32
• 3.2.1.4 邊界條件32-33
• 3.2.2 彈性常數33-36
• 3.2.3 壓電基底密度36-37
• 3.3 壓電基底切型優(yōu)化37-46
• 3.3.1 歐拉角與坐標變換37-38
• 3.3.2 表面有效介電常數方法38-40
• 3.3.3 仿真優(yōu)化40-46
• 3.3.3.1 優(yōu)化指標40-43
• 3.3.3.2 優(yōu)化結果分析43-46
• 3.4 聲表面波諧振器設計46-49
• 3.4.1 諧振頻率46-47
• 3.4.2 諧振器各參數設計47-49
• 3.4.2.1 叉指換能器47
• 3.4.2.2 反射柵47-49
• 3.4.2.3 反射柵與叉指之間的距離49
• 3.5 本章小結49-51
• 第四章 聲表面波扭矩檢測的天線研究51-63
• 4.1 閱讀器環(huán)狀天線設計51-60
• 4.1.1 半波偶極子天線51-52
• 4.1.2 天線的設計與優(yōu)化52-55
• 4.1.3 環(huán)狀天線的測試與阻抗匹配55-60
• 4.2 傳感器棒狀天線60-62
• 4.3 本章小結62-63
• 第五章 聲表面波扭矩檢測的實驗測試63-76
• 5.1 傳感器測試63-64
• 5.2 扭矩檢測的有線測試64-69
• 5.3 扭矩檢測的無線測試69-75
• 5.3.1 閱讀器設計69-70
• 5.3.1.1 閱讀器收發(fā)鏈路69-70
• 5.3.1.2 閱讀器回波信號處理70
• 5.3.2 無線測試結果分析70-75
• 5.4 本章小結75-76
• 第六章 總結與展望76-79
• 6.1 總結76-77
• 6.2 論文特色與創(chuàng)新點77
• 6.3 論文不足與展望77-79
• 參考文獻79-83
• 致謝83-85
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文85

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前7條

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4 宋春華;徐光衛(wèi);;扭矩傳感器的發(fā)展研究綜述[J];微特電機;2012年11期

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本文編號：1025487