旋转式FBG粘度计设计与有限元分析.pdf

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1、2015年第34卷第7期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)63DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)07-0063--03旋转式FBG粘度计设计与有限元分析周延辉，谢涛，张长胜，李英娜，赵振刚，李川(昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500)摘要：设计了一种用于测量液体粘度的旋转式光纤布拉格光栅(FBG)粘度计。对旋转式FBG粘度计的主体结构进行有限元分析，有限元分析表明：在转速同为44r／min的条件下，当设置液体粘度参数分别为0．5，O．75，1．5Pa·S时，传感元件的最大应变量分别为2

2、．578×10～，3．836×10一，7．502×10一，扭转角度分别为1．32。，2．04。，3．83。。结果显示：改变液体的粘度值能够对测扭传感器扭转形变产生影响，并且呈一定的线性关系。有限元分析为研究传感器的工作原理和改进传感器的结构性能提供了依据。关键词：粘度传感器；光纤Bragg光栅；有限元；旋转式；扭矩中图分类号：TP212．9文献标识码：A文章编号：1000--(3787(2015)07-0063--03DesignandfiniteelementanalysisofrotaryFBGviscometerZHOUYan—hui，XIETao，ZHANGChang—she

3、ng，LIYing-Ha，ZHAOZhen-gang，LIChuan(SchoolofInformationEngineeringandAutomation，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650500，China)Abstract：AkindofrotaryfiberBragggrating(FBG)viscometerisdesignedforliquidviscositymeasuring．ThefiniteelementanalysisonthemainstructureofFBGrotaryviscometers

4、howthatthemaximumstrainofsensingelementiS2．578×10．3．868×10，7．502×10一。andthetorsionangleiS1．32。，2．04。，3．83。，whenatthesamerotationspeedwith44r／minanddifferentviscositywith0．5，0．75。1．5Pa·S．Resuhsshowthatthechangeoftheliquidviscosityvaluescanaffectthetorsionaldeformationoftorsionsensor．andthisiSace

5、rtainlinearrelationship．Thefiniteelementanalysisprovidesthebasisforresearchingtheworkingprincipleandimprovingthestructuralpropertiesofsensor．Keywords：viscositysensor；fiberBragggrating(FBG)；finiteelement；rotarytype；torque0引言的最佳粘贴位置，并为传感器的设计和改进提供了可靠依粘性是液体的一个重要特征，衡量粘性大小的量被称据。为粘度，它是在液体受到外力作用移动时，分子间

6、产生内摩1旋转式FBG粘度计的结构与原理擦的一个量度，而用于量化粘度的技术就称为液体粘度测传统的各类旋转式粘度计的测量原理基本相同，测量量技术⋯。常用于测量粘度的应变式传感器是通过测量依据多是牛顿粘性定律。仪器由同步电机提供一个稳定的各类弹性元件的转矩或应变来间接测量液体粘度。目前，旋转速度，连接带刻度的圆盘，通过游丝和转轴带动转子旋旋转法是粘度测量中最普遍的方法J，各类旋转式粘度转，如果转子未受到液体的粘性阻力，那么，指针会指向0计经常采用筒状的弹性元件作为敏感元件。刻度；反之，当转子受到液体的粘滞阻力，会使游丝产生相本文在传统旋转式圆筒粘度计结构的基础上，与光纤应的扭矩，此时指针

7、会有一个相对的读数，将读数乘以Bragg光栅(FBG)传感技术相结合设计了一种旋转式特定的系数就可得到液体的粘度值。FBG粘度计。首先对转旋式FBG粘度计的结构特性和理在传统的旋转式粘度计的基础上，使用FBG技术，设论基础进行介绍，运用ANSYS软件建立传感器的主体结构计出了旋转式FBG粘度计。其测量原理略有不同，采用弹的仿真模型。然后，依据实际工作环境进行边界条件的处性空心圆柱体作为弹性元件，下面连接有定子。此定子与理并求解，得出粘度传感器的传感特性。根