一种新型振弦式力传感器研制

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1、摘要标定实验结果，得到了传感器的输入输出特性曲线，并得到了传感器的线性度、灵敏度和分辨率等指标。并对标定实验中发现的问题进行了讨论，给出了改进的方法。关键词：振弦式力传感器ANSYS有限元建模弹性元件振弦论文原创性和授权使用声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文

2、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：年月日箍!哥群墼d．萎鋈雾蓁篓蓁蠢蚕萋冀蒸雾藩鋈强缕菰雾姆越型窘一器蠢筝喜曼雾鏊。稀搦錾R藩羹薹瀚鐾爹，辇曼囊醚割引雾强篓羹瑁哆淆鋈季基倡筵蔷翼髦需蒜季矿藿薹

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4、弛篓西己壅塞囊椅尜；照翼攀蠡亡匣霪萋蒿蓑赢荸蕊箍疆薹鹁冀萋霸卧j癌茹羹鬻壁稽嶷≯天=睬墓招藿叁囊黼引举戡裁p勘冀辩参l强强淘鬻馕蓬鬻霪鋈苇囊篓雾鬻囊囊誉一给영"x第1章绪论图1．2安装在预应力混凝土梁底部的振弦式传感器振弦式传感器的具体优点如下：1．结构简单可靠，制作安装方便振弦式传感器的敏感元件是一根金属丝弦，它与传感器的受力部件易于连接固定，结构简单可靠，传感器的设计、制造、安装和调试都非常方便，能够有效地降低成本。2．零点非常稳定，适宜长期观测在国内外的工程测试实践中证明，振弦式传感器适宜长期观测。特别当传感器的振弦经过热处理之后，其蠕变极小，零点稳定。如北京铁道科学研究院铁道建筑研

5、究所研制的G124一)4型振弦式土压力传感器，在铁道隧道衬砌上埋设的时间已达二十余年，至今仍继续进行观测工作[1]。据国外资料介绍，埋入坝体的振弦式应变传感器有的长达30年之久仍能继续工作[20]。3．宜于多点远传，便于数字化因为振弦式传感器所测定的参数的主要特征是频率或周期，所以输出电压波形幅值若有失真或衰减，对测量的结果没有影响，因此宜于远程控制和多点测量。如国内石油井空中压力测量及海洋中深水压力的测量中，其测距均在以1000研上。法国的德来马克仪器仪表公司生产的振弦式传感器的测距指标为第l章绪论3000研。另外，传感器输出的频率信号基本上为正弦信号，不需要或只需要简单的滤波放大处理，

6、就可以直接进行数字显示，或者直接输入到计算机中做数据处理。4．易于解决防潮和防水问题用于工业现场测试，特别是工程结构物现场测试的任何一种传感器，其防潮防水问题，都非常重要。比如常用的电阻应变式传感器，要求其绝缘电阻要在200尥以上，而使用振弦式传感器，要求其绝缘电阻只有几百个欧姆，就能满足测量要求。在一般振弦式传感器产品中，规定其绝缘电阻不低于50朋Q。另外，振弦式传感器坚固耐用，造价低廉，而且与传感器配套的频率测量装置也多数小巧轻便，适宜现场使用。由于以上优点，振弦式传感器在国内外工程测试的实践中得到了极其广泛的应用。1．2振弦式传感器的研究现状由于振弦式传感器具有结构简单可靠、制作安装

7、方便、零点稳定等优点，非常适合大批量生产和使用，且使用的场合非常广泛，因此，国内外对振弦式传感器的研究一直没有停止过。经过对这些研究的总结，发现这些研究具有一下方面的特点：1．研制的振弦式传感器被用于测量各种不同的物理量。如普通的测力称重传感器[2，3]、混凝土应力应变计[4]、锚索测力计[5]、煤矿综采系统的液压传感器[6]、磁场强度测量[9]等。而且传感器的使用场合包括普通民用、建筑土木、桥梁以及煤矿工程，十分广泛。2．对振弦式传感器的激振拾振方法进行了非常多的尝试。有使用继电器的间歇激励型[1]、使用一个线圈的单线圈电流型[7]、使用多个线圈的双线圈型[6]、使用单片机扫频技术的扫频

8、激励型[8]以及光电激励型[3]等等。3．对于振弦式传感器的整体结构设计，特别是弹性元件的设计鲜有提及。而且多依靠经验公式来对弹性元件的尺寸进行设计。4．激振拾振方法的研究只集中在单一的类型，没有对各种激振拾振方法的优点进行整合。5．没有具体讨论过振弦式传感器的敏感元件即振弦对于传感器性能的影响。第l章绪论1．3研究内容和研究方法振弦式力传感器的核心部件一般包括弹性元件、激振拾振装置以及振弦。其中弹性元件的材料和尺寸直接