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FBG传感体结构、传递特性与接触力测量

作　者: 马双
导　师: 杨文玉
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: FBG传感柔顺机构法向接触力非均匀应变
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

FBG(光纤布喇格光栅)传感器是一种高精度应力应变传感器,目前已广泛应用于大型土木结构以及简单机械结构的健康检测,但一般只停留在较为简单的应力应变检测阶段,而在较为复杂机械系统的FBG应用还属于空白领域。本文针对FBG传感体结构、应变传递特性,以及传感器在巨型重载操作机夹持界面接触力测量中的应用开展研究。其中的主要问题是FBG传感器在检测过程中的维度匹配问题以及非均匀应变的求解方法。为解决在机械系统中广泛存在的FBG传感特性与被测对象的变形之间的维度匹配问题,将FBG传感技术与柔顺机构的传感特性相结合,设计了一个对平面变形敏感的柔顺机构,利用有限元分析软件进行系统特性分析,并建立相应的数学计算模型,最后通过对柔顺机构的平面位移输入量与FBG传感器测量量进行对比和计算,验证其可行性。为解决两物体间接触力的测量问题,引入测量介质,通过有限元方法对传感体结构及其传感特性进行分析,并讨论了由被测对象与FBG传感器之间的尺度相同所引起的非均匀应变问题。引入接触力学中的弹性半空间理论,建立接触界面上的法向接触力与FBG的波长偏移量之间的关系模型。最后,将FBG检测技术应用于青岛华东机械厂锻压操作机钳口接触力的测量,克服了现场环境中光纤易碎、数量大,信号噪声大等问题,测量结果与理论计算结果相符,表明所提出的非均匀应变场检测与识别模型的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-10
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题背景  8
  1.3 研究现状  8-9
  1.4 本文研究主要内容  9-10
2 以柔顺机构为传感体的FBG 传感器  10-22
  2.1 FBG 传感器  10
  2.2 柔顺机构的引入  10-11
  2.3 FBG 和柔顺机构的设计与验证  11-20
  2.4 其他类型柔顺机构列举  20-21
  2.5 本章小结  21-22
3 操作机夹持界面的法向接触力测量  22-54
  3.1 研究背景  22
  3.2 法向压力测量的可行性验证  22-37
  3.3 青岛50 吨操作机钳口夹持力测量  37-52
  3.4 本章小结  52-54
4 总结与展望  54-55
  4.1 总结  54
  4.2 展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-59
附录1：攻读学位期间发表的学术论文与专利  59-60
附录2：发明专利“一种空间位移传感器”  60-61
附录3：常用材料的弹性模量、切变模量及泊松比  61

FBG传感体结构、传递特性与接触力测量

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