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微型超低频绝对振动传感器研究

作　者: 陈希
导　师: 余水宝
学　校: 浙江师范大学
专　业: 光学
关键词: 传感器超低频绝对振动传递函数优化补偿网络微型化
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 187次
引　用: 1次
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内容摘要

振动是物体的一种运动形式。绝对振动是指相对于惯性空间没有静止参考点(即基准)的振动，如海上船舶和空中飞机的颠簸，高层建筑、海洋平台、大跨度桥梁的晃动，大型旋转机械(如水轮发电机组)和地震的波动等。上述各类振动的共同特点一是没有静止参考点，因此一些较成熟的相对测量方法均难以实施，通常选用惯性式传感器测量。二是振动频率较低，通常在1Hz左右，故对惯性式传感器的低频特性提出了苛刻的要求，然而目前该类传感器由于其机械结构的固有缺陷，在超低频段(1Hz及以下)，其输出信号完全“淹没”在噪声中，难以实现对振动参数的准确测量。因此超低频绝对振动检测一直是工程测试领域的一大难题。本文通过对mkc结构惯性式传感器机理的分析，提出了一种对传感器传递函数进行“抑高扬低”的补偿方法，并对此补偿网络和系统幅频特性进行了优化，较好地克服了惯性式传感器低频特性差的固有缺陷，实现了传感器的微型化。与此同时，本文还初步研制了用于振动信号采集与分析的软硬件。本文第一章对振动测量作了概述，指出了超低频绝对振动测量的意义和难点，以及目前超低频绝对振动测量的研究现状。第二章对目前主流的三类可用于绝对振动检测的惯性式传感器：压电传感器、光纤传感器、磁电式传感器作了论述，在研究它们的结构特性、频率特性、信噪比等特性的基础上，指出了各自的优缺点，并选择了信噪比相对较高的惯性式磁电速度传感器作为本文研究基础。第三章根据mkc结构惯性式磁电速度传感器的力学模型，得出了其传递函数，在此基础上指出了其固有缺陷的根源。从传感器传递函数的二阶高通特性出发，论述了现有的基于模拟滤波技术的传递函数补偿网络的优缺点，提出了传感器传递函数补偿及优化方法，优化了传感器幅频特性，拓展了其频率频响，并对传感器的微型化做了论述。第四章研制了基于USB接口的数据采集卡；本章对数据采集硬件进行了原理性的论述。第五章简述了振动数据分析的一般方法；根据研制的数据采集硬件，对数据采集分析软件进行了简要的分析。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-13
  1.1 振动测量概述性  8-10
  1.2 研究背景和问题的提出  10-12
  1.3 本文的主要工作  12-13
第二章绝对振动测量的传感器  13-33
  2.1 压电式加速度传感器  13-19
    2.1.1 压电式加速度传感器的工作原理  13-15
    2.1.2 压电式加速度传感器等效电路与测量电路  15-19
  2.2 光纤传感器  19-25
    2.2.1 光强调制型光纤传感器  19-23
    2.2.2 相位调制型光纤传感器  23-25
  2.3 磁电式速度传感器  25-28
    2.3.1 工作原理  25-26
    2.3.2 惯性式磁电速度传感器力学模型  26-28
  2.4 研究对象选择  28-33
    2.4.1 压电加速度传感器的缺点  28-29
    2.4.2 光纤传感器的缺点  29-31
    2.4.3 磁电式速度传感器的优点  31-33
第三章惯性式磁电速度传感器的超低频频响扩展研究  33-47
  3.1 惯性式磁电速度传感器的固有缺陷  33
  3.2 传感器补偿网络研究  33-43
    3.2.1 反馈式频率特性补偿方法  34-36
    3.2.2 反馈滤波式频率特性补偿方法  36-40
    3.2.3 选频式频率特性补偿方法  40-43
  3.3 传感器选频补偿网络优化  43-44
  3.4 传感器微型化研究  44-45
  3.5 小结  45-47
第四章低频绝对振动信号数据采集的终端硬件设计  47-57
  4.1 数据采集终端硬件总体结构  47
  4.2 信号调理单元  47-57
    4.2.1 缓冲放大电路  47-48
    4.2.2 过零比较电路  48
    4.2.3 程控抗混叠滤波器设计  48-50
    4.2.4 A/D转换及与 CPU接口设计  50-53
    4.2.5 采样时序控制  53-54
    4.2.6 通信接口设计  54-55
    4.2.7 硬件抗干扰设计  55-57
第五章数据采集软件设计  57-64
  5.1 单片机软件设计  57-58
  5.2 上位机软件设计  58-64
    5.2.1 振动信号处理方法  58-62
    5.2.2 振动处理软件功能结构  62-64
第六章超低频绝对振动实验  64-71
  6.1 传感器网络补偿与优化实验  64-65
  6.2 不同传感器比较实验  65-68
  6.3 数据采集分析软件实验  68-71
第七章总结  71-73
参考文献  73-77
附录  77-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间科研成果  80-81
学位论文独创性声明  81
学位论文使用授权声明  81

微型超低频绝对振动传感器研究

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