轮辐式光纤光栅压力传感器的设计与实现

利用光纤光栅作为基本传感元件，设计研制了一种基于轮辐式压力盒装置的新型光纤光栅压力传感器．常温下在0～30KN的范围内，其测量线性度达到99．91％，灵敏度达到22N，且响应速度快．与其它类型的光纤光栅压力传感器相比，轮辐式光纤光栅压力传感器具有更大的测量范围、更高的抗干扰能力，并且由于光纤光栅本身的波分复用特性，可以很方便地构成压力传感网络进行多种物理量、多点的测量．实验表明；本传感系统具有结构简单、操作方便、滞后小、重复性好、结构高度小、重量轻等优点，在桥梁、大厦等超大型建筑以及大型管道等的检测与监测方面将会有更为广阔的应用前景．

粉土及粉质黏土对静压沉桩桩端阻力影响机制现场试验

为探讨在粉土及粉质黏土中桩端阻力随贯入深度的变化规律,通过在试验桩P1的桩端安装轮辐压力传感器,以及在试验桩P1、P2距桩端200 mm处安装光纤光栅(FBG)传感器,采用两种不同的测试技术全程监测了两根闭口预应力高强度混凝土(PHC)管桩现场贯入过程中的桩端阻力。试验结果表明:桩端阻力与土层的变化密切相关,土层越硬,桩端阻力越大,当桩端从粉质黏土层进入粉土层时,桩端阻力明显增大,粉土中的桩端阻力达到粉质黏土层的2倍;整个贯入过程中,同一土层不同位置的差异性对桩端阻力也存在较大影响,在距离地面1.50 m处,P1和P2桩FBG传感器桩端阻力的差值达到了89.29 kN,而在距离地面3.50~4.50 m处,两桩的桩端阻力则相差较小。

轮辐结构的联轴器式扭矩传感器研究

针对现有动态扭矩传感器使用不便的问题,设计了一种轮辐结构的联轴器式扭矩传感器,给出了总体设计方案和结构图,对传感器的弹性元件进行应力分析,得出了应力与扭矩的计算方程,确定了弹性元件材料和加工工艺,并对传感器样品进行了静态标定,经实际测试表明:该传感器的线性度为0.55%,滞后为0.54%,灵敏度为1.0195 mV/V。

轮幅式角加速度传感器的研究

本文提出了一种采用轮幅结构制作的压阻式角加速度传感器的设计思想。并对结构进行了分析、实验。给出了性能测试结果。该传感器可用于航空、航天、卫星姿态等振动角量的测量。

重载并联六维力传感器及静态标定

针对传感器重载小尺寸需求,提出一种具有混合分支的重载并联六维力传感器,分析了其结构特点和测量原理。搭建了重载并联六维力传感器标定系统,为改善维间耦合及制造误差等对测量精度产生的影响,从标定算法及模型优化方面对其进行了研究。分别利用最小二乘法和BP神经网络算法对加载实验数据进行了处理,分析结果表明BP神经网络算法要明显优于最小二乘法,并通过数据随机分组测试验证了结果的正确性。基于BP神经网络,提出了一种基于人工鱼群算法的BP神经网络算法,并采用优化后的BP神经网络标定算法对实验数据进行了计算分析,结果表明优化后的BP神经网络计算结果较好且稳定,不易陷入局部极值。

轮辅式光纤光栅压力传感器的研制

本文报导了一种工程上可实际应用的新颖的光纤光栅压力传感器．该传感器把轮辐式结构和光纤光栅相结合，将光纤光栅粘贴于其中一片轮辐之上，室温下，在0～30kN的压力变化范围内，光纤光栅中心反射波长的变化与压力成良好的线性关系，线性度高达0．9998，灵敏度为0．02843nm／kN．研究结果表明，本传感系统具有结构简单、操作方便、精度高、滞后小、重复性好、结构高度小、重量轻等优点．

基于FBG传感技术的静压沉桩贯入特性测试研究

由于静压沉桩贯入机理复杂,桩端形式不同是引起静压沉桩贯入特性不同的主要原因之一,故提出了一种应用光纤光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)传感技术监测不同桩端形式静压沉桩贯入特性的新方法。将增敏微型光纤光栅传感器粘贴在开口桩内管外壁,外管外壁通过开槽预埋光纤光栅传感器,分别通过监测内管外壁和外管外壁的竖向变形来分析静压沉桩贯入特性。通过在桩顶和桩端分别安装双模式温度自补偿型光纤光栅土压力传感器和全截面动态轮辐压力传感器的对比分析,说明了该方法适用于开闭口桩静压沉桩测试,为光纤传感技术在岩土工程中的广泛应用提供了新思路。

基于AT89C52的矿用绞车闸瓦综合保护系统

针对目前绞车闸瓦的保护设备存在可靠性和实时性较差的问题,设计了一种基于AT89C52的矿用绞车闸瓦综合保护系统,详细介绍了系统硬件和软件的设计。该系统利用传感器采集闸瓦间隙、闸瓦贴闸压力、闸瓦油压和温度等信号,并将采集的信号送至单片机处理,与设置值进行比较,如正常就显示检测到的数据,否则报警,实现了对闸瓦的实时监测和综合保护。

基于单片机的酒罐液位测试系统研制

针对目前酒罐液位仪稳定性和安全性差、精度低、安装困难等问题,研制了以单片机为控制器、轮辐式称重传感器测液位、数码显示等功能为一体的酒罐液位测试系统。分析了超声波传感器和压力传感器在酒罐液位仪中测量的缺陷,提出了以三称重传感器串联方式测量酒罐液位,改善了系统的可靠性和准确度。该系统能实时数码显示,并可与上位机通讯。

轮辐结构压电式六维力传感器设计

针对机器人对工作环境进行反馈进而实现自动化作业,展开了对压电式六维力传感器的研究。本文选用压电石英作为力敏元件,结合并联分载原理及多点测量原理提出一种8点支撑轮辐式压电六维力传感器结构及其测量原理,它具备强解耦、轻量化、大量程和高固有频率的特点。利用ANSYS软件进行参数化建模,并进行六维力静力学仿真实验,验证了8点支撑轮辐式传感器测量原理。搭建了准静态标定及动态标定平台,对设计的压电式六维力传感器进行标定。实验结果表明,传感器的非线性度<0.5%,维间干扰<4%,固有频率超过6 kHz。轮辐式结构压电六维力传感器可以有效地完成六维力测量并消除维间耦合,满足动态测量需求,为轻量化大量程传感器的设计提供了理论基础和设计依据,对其他类型压电式六维力传感器设计和研制具有重要的参考价值。

关于钢筋混凝土梁抗弯试验教学新方法的优化

钢筋混凝土梁抗弯试验教学是“结构试验”教学的一部分,该实验采用四分点加载,使梁产生受弯的力,同时测量梁的应变和位移变化。该实验使学生通过实际操作,了解钢筋混凝土梁在受弯过程中应力和位移变化,裂缝发展情况及破坏特点,从而使学生通过实际操作了解钢筋混凝土的抗弯过程。通过多年的教学实践发现,该实验也存在一些不足,仅仅通过应变和位移变化很难准确测定梁的开裂荷载,所以我们在原有的基础上又增加了一种新的测试方法,即通过画出力和位移变化的XY曲线图,通过图形更准确地测定钢筋混凝土梁受弯时的开裂荷载。

提高轮辐传感器抗偏载能力

打破传统观念,使用双斜片,并通过合理的组桥,大大提高轮辐传感器抗偏载能力,并能有效消除加工误差和贴片误差的影响,使轮辐传感器的输出稳定性得到很大提高。

轮辐式负荷传感器疲劳性能的研究

文中建立了轮辐式传感器弹性体结构模型,对其应力、应变特性进行理论分析计算,采用ANSYS有限元软件进行力学分析,研究其材料、结构及疲劳特性。对轮辐式负荷传感器进行疲劳试验,研究疲劳试验特性中载荷的幅值、载荷的循环次数对负荷传感器性能参数的影响规律。对于轮辐式负荷传感器的设计具有重要的理论指导意义,提高其设计水平,保证传感器在"服役"期内不发生疲劳破坏,同时掌握了传感器使用中疲劳引起的传感器性能变化情况,对传感器的生产厂家和使用者具有非常重要的意义。

新型低矮轮辐传感器

本文介绍了一种新型低矮轮辐式称重传感器,主要由弹性体、应变片、底座、盖板和紧固件组成,通过对弹性体结构以及底座进行设计和优化,大大降低了传感器的外形尺寸,扩大了传感器的应用场合。

基于L型轮辐结构膜片的窄频光纤F-P声波传感器研究

光纤声传感器被广泛应用在工业、医疗等领域。为了提高光纤F-P声传感器的性能,本文提出了一种L型轮辐结构的F-P传感膜片。膜片的厚度为15μm、梁宽度为0.5 mm、中心膜片的半径为1 mm。膜片由激光加工技术在304不锈钢上刻蚀而成。实验对1000 Hz下的传感器灵敏度进行研究,将传感器应用于光声池共振频率为1600 Hz的光声光谱气体检测系统中,并实现对50~100×10^(-6)的乙炔(C_(2)H_(2))气体浓度测量。实验结果表明,该传感器在1000 Hz下的声压灵敏度为25.4 nm/Pa,传感器可实现的最小可探测声压(MDP)为38.2μPa/Hz^(1/2)@1 kHz,声压信噪比为76.8 dB。实验所得到的光声光谱二次谐波信号的峰值与乙炔浓度呈现良好的线性关系,乙炔浓度的响应度为1.8 pm/10^(-6)。该传感器在光声光谱等单频声信号检测领域具有广泛的应用前景。

矿井提升机卷筒辐板应力检测系统的开发

分析了卷筒辐板应力在矿井提升机故障诊断和性能评估上的应用价值,利用无线传感网络、虚拟现实和Internet技术,设计了矿井提升机卷筒辐板应力检测系统,开发了基于ZigBee的无线采集器和协调器、基于Visual Basic的本地监测平台和基于Visual Studio的远程共享平台,实现了对辐板应力的无线采集、本地监测和远程共享,该系统具有布设方便、低成本、高可靠性等优点。

双栅型轮辐式光纤光栅压力传感器

利用光纤光栅(FBG)作为基本传感元件,研制了一种基于轮辐式压力盒装置的FBG压力传感器.将2根不同波长的FBG粘贴在传感器同一轮辐的正反面上,提高了测量精度,减少了波长随温度漂移带来的影响.在0～30 kN的范围内,其测量线性度达到99.98%,灵敏度达到13.89 N,且响应速度快.

基于FBG传感技术与轮辐式压力传感器的不同桩长单桩贯入特性对比试验研究

针对静压沉桩动态过程土颗粒运动对桩端和桩身产生严重扰动,如何准确测试静压沉桩过程中桩端阻力和桩侧阻力显得尤其重要。本文将全截面轮辐式压力传感器、双膜片温度自补偿型光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)土压力传感器及增敏微型FBG应变传感器联合应用到单桩贯入模型试验中,测试了单桩贯入过程的压桩力、桩端阻力及桩身应力。试验结果表明:全截面轮辐式压力传感器与增敏微型FBG应变传感器测试结果的变化规律基本一致;双模式FBG土压力传感器测得的压桩力与桩顶FBG应变传感器较接近,且桩侧阻力与桩端阻力之和均等于桩顶压桩力,从而验证了FBG传感技术在静压沉桩贯入特性的模型试验测试中的准确性和可靠性。本试验条件下,试桩TP1桩侧总摩阻力最大值比试桩TP2超幅27.7%左右,桩长对桩身轴力递减规律的影响比对桩侧单位侧摩阻力的影响大。本文为静压桩贯入特性测试方法提供了参考依据。