一种组合压力传感器的阻尼_系数选择研究毕业论文(编辑修改稿)

一种组合压力传感器的阻尼_系数选择研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

（ 21） 式中的 K0为材料的应变系数，  为应变片的应变值。 从式（ 21）中可知，当 K0为定值时，只要测得 RR/ 的值，就可以得到相应的  值。 然后根据  E 求得应力  的大小。 其中 E 为弹性模量。 在应变式传感器中，经常是将四个应变片成对的横向或者纵向粘贴在弹性元件上，这样应变就可以感受到弹性元件上的压缩和拉伸变形。 将四个应变片接成某种形式的电桥电路，这样就可以从电桥的输出中得出应变量大小，从而根据应变量与外力的关系得出作用在弹性元件上外力 F的大小 [2]。 内蒙古工业大学本科毕业论文 8 应变式测力传感器结构 （ 1）梁式结构 图 21 示意几种常见的梁式弹性体的结构形式。 国内外不论是拉式结构还是压式结构都基本采用这种梁式弹性体作为敏感元件，梁式弹性元件大部分是悬 臂梁式，悬臂梁是一端固定，一端自由的弹性元件 [2]。 它的结构简单、加工方便、应变和位移较大。 此结构的传感器量程范围一般集中在 2~1000kg，主要应用在称重、电子平台秤中。 其中图 21（ a）中数字部分是应变片贴片区。 （ a） （ b） 两端固定梁 S 式梁 constrained beam beam in S type （ c） （ d） 双连孔式悬臂梁 双连扁孔式悬臂梁 cantilever beam in twohole cantilever beam in two flat pins 图 21 梁式结构 （ 2）板环式结构 图 22 所示的是板环结构传感器敏感元件部分，国内早期板环弹性体 [4]只用于拉式传感器。 近年来，由于工艺成熟，板环结构被用于压式传感 器。 板环式拉压力传感器具有抗偏、抗弯、抗扭能力，动态响应能力要比梁式结构好。 图 22 板环式结构 内蒙古工业大学本科毕业论文 9 （ 3）柱式结构 图 23 所示的是柱式传感器的结构。 尽管这种弹性体结构的传感器在不采取线性补偿，非线性误差较大。 结构本身并不具有抗偏、抗扭的能力，但这种传感器有很高的抗冲击能力，而且这种柱式结构在国内来说，工艺成熟、加工方便、重复误差、滞后误差小等优点 [28][29]。 图 23（ a）所示的是柱式弹性体结构的应变分布示意图。 图23（ c）所示为香港产的 AUTOCFBHZB 系列 的柱式称重传感器。 (a) （ b） （ c） 图 23 柱式传感器结构图 （ 4）轮辐式 图 24 是轮辐式弹性体结构。 轮辐式力传感器与传统的拉压式传感器相比 ,具有精度高、滞后小、重复性好、抗偏心载荷能力强、结构高度最小、重量轻等优点 ,因此这种传感器在大、中量程测量方面有着广泛的应用 ， 并具有良好的市场前景。 在大量程时，常因支撑的刚度不够而造成较大的滞后误差，加上加工工艺较为复杂，多用于电子汽车秤，料斗秤等 [30][31]。 图 24 轮辐式弹性体结构图 （ 5）复合弹性体结构 随着加工工艺的日益成熟，弹性体的结构也越来越多样化。 内蒙古工业大学本科毕业论文 10 （ a） （ b） 双量程测力传感器结构示意图 [32] 三量程测力传感器结构示意图 [32] （ c） 双量程测力传感器结构示意图 [33] 图 25 传感器的测量电路 传感器的测量电路就是将电阻应变片的变化转为电压的输出。 因为惠斯登电桥电路具有可抑制温漂的影响和抑制干扰等优点，被 各种应变式传感器所应用。 电桥电路根据电桥工作臂的不同组合可分为半桥单臂、半桥双臂和全桥三种工作方式。 全桥臂由于各臂的参数一致，干扰影响相互抵消，与其他两种臂比较，具有灵敏度高、受干扰小。 MCL 拉压力传感器所采用的是全桥工作方式。 R 2R 1R 4R 3R ZR IR S调零R S接 地42135 图 26 传感器测量电路图 MCL 拉压力传感器采用弹性体作为敏感元件，高精度电阻应变片作为转换元件，将应变片粘帖在被测弹性体上。 应变电阻的变化是通过四臂电桥转化为电压的变化。 内蒙古工业大学本科毕业论文 11 根据电桥工作原理 [25]，将粘帖在应变梁上的四个 应变片电阻连接桥路如图 210 所示，虚线的部分为传感器本体，内部连线已接好。 3， 4 端接供桥电压， 1,2 端为输出。 在测量应力的时候，当试件受力变形时，电桥失去平衡，从输出端获得一个与外力成正比的电压信号。 内蒙古工业大学本科毕业论文 12 第三章 MATLAB 简介 MATLAB 是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。 它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领 域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C、 Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB 和 Mathematica、 Maple 并称为三大数学软件。 它在数学类科技应用软件中在 数值计算 方面首屈一指。 MATLAB 可以进行 矩阵 运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、 图像处理 、 信号检测 、金融建模设计与分析等领域。 图 31 matlab 开发工作界面 内蒙古工业大学本科毕业论文 13 MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 来解算问题要比用 C， FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等软件的优点 ,使 MATLAB 成为一个强大的数学软件。 在新的版本中也加入了对 C， FORTRAN， C++， JAVA 的支持。 可以直接调用 ,用户也可以将自己编写的实用程序导入到 MATLAB 函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。 本次主要运用的是 MATLAB 直接调入根据 DHDAS 信号测试分析系统软件得到的振动时间和 频域图像的数据，然后调用几个函数得到幅频和相位图然后计算出每个图像的传感器刚度系数，阻尼，质量等信息，然后进一步得出弹簧 质量 阻尼模型，得到二阶二自由度的振动传递函数最后运用 MATLAB 仿真图像软件仿真得到时间频域图像，看是否与实验得到的图像一致，并根据相关理论调整阻尼的大小来改变传感器的动态特性，提出改进措施。 内蒙古工业大学本科毕业论文 14 第四章 实验过程及结果处理 实验器材 ： 小球，圆筒， PPM225LS1 拉压力传感器， DHDAS 信号测试分析系统。 如下图 实验器材 图 41 内蒙古工业大学本科毕业论文 15 实验说明 本次动态 测试实验采用的是 50N 的 PPM225LS1 型的拉压力传感 器 ，如下图 拉压力传感器 图 42 50N 的 PPM225LS1 型的拉压力传感器主要技术指标： 量 程 : 10,20,30,50,100 N 输 出 : mV/V 或 0～ 5V,1～ 5V,0～ 10mA,4～ 20mA 非 线 性 : ～ % F S 滞 后 : ～ % F S 不重复性 : ～ % F S 温 漂 : ～ % F S/℃ 零位输 出 : ≤ 2 % F S 激励电压 : 10V 或 12V,15V,24V(DC) 工作温度 : 20～ 80℃ 过载能力 : 150% F S 根据传感器形状可以看出能把此系统等价为如下振动系统 ， 二阶振动系统 图 43 内蒙古工业大学本科毕业论文 16 实验过程及结果分析 连接好 pc机和 PPM225LS1 拉压力传感器，和 DHDAS 信号测试分析系统，然后用小球在固定高度分别为 10cm， 15cm， 20cm，由圆筒内做自由落体运动冲击传感器，由 DHDAS 信号测试分析系统得到时间频域图像。 然后通过 码头喇叭 软件的动态系统仿真模块进行傅里 叶变换，得到振动的振幅和相位。 本次实验共做了三组，小球高度分别为 10cm， 15cm， 20cm，每组用相同的激励力冲击组合型传感器，每组做五次实验，得到的时间频域图像 ，横坐标为时间（ ms），纵坐标为 长度 (μ m)，图像 为： 第一组第一 次 ： 时间频。