传感器测量范文（精选10篇）

传感器测量 第1篇

关键词：钻井液,体积传感器,接触式,非接触式

从物理学意义上讲, 反应物质物理特性的密度、体积等物理量几乎嵌入了社会生产的各个方面, 由此延伸出了基于密度、体积等物理量研究总结出了机械设备及其工作原理大大推动的工业技术的发展, 测量技术就是鲜明代表。放过来, 工业快速发展又对诸如测量技术的要求越来越迫切。

本文研究的钻井泥浆体积测量, 从测量原理上来看, 泥浆作为液态量, 对其测量方式主要一是最为基本的基于体积计算公式来直接测算;二是借助物理原理将体积与其他相关物理量联系进行间接测量。但直接测量随着钻井难度的加大, 或处于油气层的保护而越来越无法适用, 且由于以上原因, 在实际钻井中往往不得不采取欠平衡等工程保护措施, 而要在坚持欠平衡钻井原则的基础上仍能确保钻井的安全高效, 就需要借助钻井工程用仪表对泥浆体积进行监测。泥浆体积监测依赖于高精度的传感器性能, 目前传感器仪器在计算机、雷达等技术的融合下正多种类、高精度方向发展, 本文基于传感器测量方式不同分为接触式和非接触式来进行介绍。

1 接触式传感器

所谓的接触式传感器就是传感器与测量介质直接接触, 目前从测量原理和测量程序可将接触式传感器细分为浮力式、静压式和电容式接触式传感器三个主要类型, 其中尤以恒浮力式传感器引起构造简单、设备造价低廉、维护方便、精确度高等优点而逐渐成为钻井测量市场上最常用的测量方式。从浮子液位传感器工作原理来看, 浮子式液位传感器采用磁性浮子和装有磁敏元件的非磁性管子的方式测量, 在其构造中, 管内的磁敏元件在磁性浮子中磁力线的作用下连通;磁力消失, 触点断开。另外, 根据接通触点的位置, 可以换算出液面的高度, 再根据罐截面积就能计算出罐内的泥浆内的泥浆体积。

2 非接触式传感器

由于目前非接触传感器使用在钻井泥浆体积测量中占据主流, 本文重点介绍非接触式传感器。与接触式传感器相反, 非接触式传感器不与介质接触, 主要借助微博雷达、激光、超声波和光导等介质进行传导。正是以上介质的特性, 使得非接触式传感器借助声光波、电磁射线等灵敏度高、稳定性强等特殊物质优点而具有较高精度, 而且目前这种传感器拆装方面。非接触式传感器目前有超声波物位计、微波物位计等。

2.1 超声波物位计

超声波物位计工作原理是由超声探头发出的超声脉冲信号, 在气体中传播, 遇到空气与液体的界面后被反射, 接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间, 即可换算出距离或液位高度。至于超声波变送器测量原理, 考虑到环境温度对超声波传播速度的影响, 通过温度补偿的方法对传播速度予以校正, 以提高测量精度, 具体计算公式为:

V=331.5+0.607T (V为超声波在空气中传播速度, T为环境温度) ;

S=V*t/2=V* (t1-t0) /2 (S为被测距离, 为发射超声脉冲与接收其回波的时间

差, t1为超声回波接收时刻;t0为超声脉冲发射时刻)

在以上两个中, 为利用两个公式求得最终的距离S值, 需要借助MCU捕获功能来测量t0时刻和t1时刻, 随后再利用编程算得距离S值。

2.2 微波物位计

微波物位计就是利用电磁波来进行介质间接测量, 俗称雷达测量仪, 其工作原理是雷达信息通过发射器、发射天线、目标、接收天线和接收器组成的通道发射和接收。发射器以波束形式发射高频电磁波, 经泥浆液面反射后, 部分电磁波到达雷接收器, 计算方式也类同与超声波。

2.3 感应同步器

感应同步器类似于变压器的初次级绕组, 友两个平面印刷电路绕组构成。感应同步器通过位移引起两个绕组之间互感量变化来进行位移测量。依照测量位移对象不同, 感应同步器可分为直线型和圆盘形感应同步器两种。直线型用于测量直线位移, 圆盘形用于测量角位移。

3 讨论

非接触传感器相较于传统的接触式, 穿透性强、测程远、精度高、稳定性高以及稳定强高带来的全天候等优点而逐渐在钻井泥浆体积测量中得到广泛应用。然而, 任何一种新型技术都有其劣势和缺陷, 非接触传感器也不例外。因钻井泥浆极端恶劣和复杂化的环境, 非接触传感器由于巨大的测量靶心而使其容易受到泥浆池内搅拌器、盘管、海底阀以及液体泡沫等障碍物的干扰, 从而影响到其测量稳定性和精度。不过, 随着编程技术、超声波、雷达等电子信息技术的发展及与传感器应用的融合, 以上非接触传感器面临的缺陷也将得到填补, 类似超声波液位计等装置将会在钻井实际中得到应用。

参考文献

[1]许永祥, 刘学求.地面反射误差对韦伯测距的影响分析[D].江苏省测绘学会2009年学术年会论文集, 2009[1]许永祥, 刘学求.地面反射误差对韦伯测距的影响分析[D].江苏省测绘学会2009年学术年会论文集, 2009

[2]Atsushi Okajima.Flow-induced In-Line Os cillation of a Circular Cylinder in a W ater Tunnel[J].Journal of Pressure Vess el Technology[], February, 2008 (01) , 89-96[2]Atsushi Okajima.Flow-induced In-Line Os cillation of a Circular Cylinder in a W ater Tunnel[J].Journal of Pressure Vess el Technology[], February, 2008 (01) , 89-96

[3]李洪周, 蔡云军.钻井液密度传感器校准方法探讨[J].录井工程, 2005 (19) , 66-69[3]李洪周, 蔡云军.钻井液密度传感器校准方法探讨[J].录井工程, 2005 (19) , 66-69

[4]Yichien S.Efficient moving object segme ntation algorithm using background regi stration technique[J].IEEF Transactions on Circuit and System for Video Techno logy, 2009 (13) , 577-586[4]Yichien S.Efficient moving object segme ntation algorithm using background regi stration technique[J].IEEF Transactions on Circuit and System for Video Techno logy, 2009 (13) , 577-586

传感器测量 第2篇

将Axyz/MTM工业测量系统用于3维测量车传感器的位置检测,实时获取测量点的3维坐标数据,利用其丰富的软件功能方便地进行坐标系转换和数据的`分析.检测结果表明,该系统单点测量中误差达±0.15 mm,完全满足高精度的测量要求.

作 者：刘尚国 郑文华 孙佳龙 徐文锦 LIU Shang-guo ZHENG Wen-hua SUN Jia-long XU Wen-jin 作者单位：刘尚国,郑文华,孙佳龙,LIU Shang-guo,ZHENG Wen-hua,SUN Jia-long(山东科技大学,地球科学与工程学院,山东,青岛,266510)

徐文锦,XU Wen-jin(安徽地质测绘技术院,安徽,合肥,230022)

传感器测量 第3篇

关键词:电磁计量传感器测量

中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(c)-0090-01

随着科学技术的发展,传感器技术已经渗透到了各个学科领域,很多生产企业在生产流程中都使用了传感器测量系统,如工厂常用的测试控制系统,远程压力控制系统,转速控制系统,大型电子衡器等,传感器测量系统为保证企业生产的产品质量起到了不小的作用。

温度、压力、转速这些参数都是非电量,在非电量测试技术中,首先遇到的是将各种非电量变换为电量,我们称能够完成这种变换功能的装置为传感器

1 传感器

传感器的种类很多,一般可按以下几种方法分类:1)根据输入物理量可分为:位移传感器,压力传感器,速度传感器,温度传感器及气敏传感器等。2)根据工作原理可分为:电阻式传感器,电感式传感器,电容式传感器及电势式传感器等。3)根据输出信号的性质可分为:模拟式传感器和数字式传感器。4)根据能量转换原理可分为:有源传感器和无源传感器。

从中可以看出,传感器最后的输出为电压,电流,电阻,电脉冲信号等电量,电量的测量可以通过电磁计量技术来完成,其中电压和电流信号在现在的传感器测量系统中使用得尤为普遍。

2 电磁计量

电磁计量是应用电磁测量仪器,仪表和设备,采用相应的方法对被测量进行定量分析,研究和保证电磁量测量的统一和准确的计量学分支。电磁计量中常用的仪器仪表有电流表、电压表、电桥、电位差计、电阻箱等,常用的设备有稳压源、稳流源、标准电压、电流源等。

如何把电磁计量技术应用到传感器测量系统中,我们将通过下面几个例子来加以简单的描述。

首先,我们来看一下古老的传感器——热电偶的工作情况:热电偶属于电能量传感器,常用的热电偶由两根不同的导线组成,它们的一端焊接在一起,叫做热端(通常称为测量端),放入被测介质中;不连接的两个自由端叫做冷端(通常称为参考端),与测量仪表引出的导线相连接,

当热端与冷瑞有温差时,热电偶便能产生温差电动势,测量仪表就能测出介质的温度。由此可见,测量仪表测出的是电动势信号。热电偶根据不同的材料对应有不同的分度号,可以通过查表的方式找出电动势与温度的对应关系。热电偶的输出信号为mv信号,,因此,我们如果在测量仪表的输入端输入对应的mv值,便能检测出温度测量仪表的准确性,这种方法也是我们常规的温控仪表检测法,mv信号的提供就是电磁计量器具——直流电位差计或数字毫伏信号发生器,这种检测方法已是一种成熟的计量技术是在工厂的温控系统现场,当系统发生故障时,我们可以断开测量仪表的K1,K2任意一端,从这两端输入标准的mv信号值,判断出测量仪表的准确与否,从而推断出热电偶是否出现故障,极大的方便了我们的检修工作。

3 应用

现在,随着科学技术的不断发展,出现了智能化数字仪表,它们集传感器,A/D转换器,微处理器,存储器和接口电路于一身,一种仪表可以支持热电偶,热电阻及线性电压(电流)等多种信号的输入,如AI—501T型智能化数字显示仪表就具备这种功能,更方便了我们利用标准电压(电流)表或标准电压(电流)源来对仪表进行检测。

压力传感器是一种将压力转换成电信号的传感器,再通过数字表显示出数据,或经数字显示控制器输出电信号,去控制电气执行器件,以达到压力控制的目的。我们以DPI－I型远程数字压力表为例,它是一种具备远传功能的仪表,采用JCYX系列高精度,高稳定性的压力传感器,经过严格精密的温度和线性补偿,采用性能良好的模块化信号处理工艺技术,对介质压力进行测量,显示压力值并输出4～20mA或0～10mA的标准信号。

DPI－I型远程数字压力表接线中所接的电流表能让我们准确地判断DPI－I表的准确与否,当仪表进入工作状态后,在零压力状态下,窗口显示±000.0kpa,电流表应显示4mA,若有偏差,可对仪表后面板上的“ZO”电位器进行调节,零压力对仪表工作正常后,可加压进行测量,当加到额定压力时,电流表指示应为20mA,若有偏差,可在仪表后面板上对“FS”电位器进行适当调节,这里需要注意的是,“ZO”“FS”的调节都是小范围的,当零位和滿量程调整准确后,其余各点可以通过线性计算进行测量,若电流表指示误差较大,那么就可以判断系统出现故障。

4 应用实例

以SCS－100型大型电子秤为例,其结构如图1。

本装置常用的显示器为XK3190－D9称重显示器,这种仪表内部包括:放大电路,A/D转换,单片机以及和单片机相连的控制面板,显示部分,打印部分和串型通讯部分,输入信号为-30～30mA。我们在显示器的信号输入端接入分辩力高于1μV的毫伏表,可以看到毫伏指示与重量显示呈一定的线性关系,通过这种电磁测量仪表的应用和测量数据的分析,我们可以判断传感器或显示器工作是否正常。

5 结语

传感器系统正在向微型化,智能化,多功能化的方向发展,它们具有了对信息进行处理,分析和调节,对新测数据及其误差进行补偿,对非线性信号进行线性化处理等大量功能,更加方便了我们的测量。如美国霍尼威尔公司生产的高品质压力传感器——PPT系列压力传感器,它将压敏电阻传感器,A/D转换器,微处理器,存储器和接口电路集于一身,不仅达到了高性能指标,还采用0～5v电压输出,为我们的测量带来了极大的方便,由此可见,电磁计量技术将会在传感器测量系统中得到广泛的应用,更多好的方法还有待我们进一步探讨和实践。

参考文献

[1]常健生,石要武,常瑞.检测与转换技术.机械工业出版社,2004.

[2]张洪润,张亚凡,邓洪敏.传感器原理及应用.清华大学出版社,2008.

光电位置传感器测量精度的改进 第4篇

关键词：光电传感器,精密电压调节,噪声抑制

0 引言

位移测量是基本物理量测量之一,亦是众多科学研究的基础。随着科学技术的发展,在实验研究和工程技术的各领域中经常要进行高精度的位移测量,而且要求在测量过程中对被测量对象基本上没有干扰。在工程测量中,对位移测量仪器的要求也越来越高,因此可以说高精度的微位移测量系统有着广泛的应用价值。

随着测量精度的不断提高,以往位置传感器例如电容传感器、电感式位移传感器等在实际应用中暴露出诸多问题:a.待测位移的测量范围有限;b.所测得的微小位移分辨率过低;c.外界噪声信号对其干扰较大。而一般的光电位置传感器除面临同样问题外,电路本身的噪声及外界其他光源对检测的干扰也较大。

为了克服上述问题,作者试图从以下几个方面进行改进:a.改造传感器设计结构;b.优化光电信号源及信号采集电路;c.对信号输出滤波及降噪处理。

基于以上因素,本文对原有的光电位置传感器进行了改进。

1 实验基本原理

基于上述思路,我们设计了一个光电传感器装置,如图1所示。其中包括待测位移的物体、红外光电管、通光孔挡板及光电接收管。

当待测物体移动时,光斑在接收板上的位置也会发生偏移,如图2所示。其偏移量l与感光面积S成正比。由光电效应原理,输出电流i正比于感光面积S,因此i∝l。即输出电流与物体位移成线性关系。

2 光电传感器改进

2.1 输入信号精度改进

由于光电效应产生的光电电流有一定的极值,所以一般光电传感器所测得的光电电流与位移呈线性关系(如图3所示)的区域很小。经过改进后的传感器光电板分为两块,通过其差值来计算光电电流,其线性有效范围增加了一倍(如图4所示)。

2.2 信号源优化

为了保证输入信号的稳定,输入电压经精密电压调节器TL431组成驱动电路时光电管产生稳定光强。TL431的REF端输出恒定2.5V,经过转换恒定电流1mA。输入电路如图5所示。

2.3 降噪电路的设计

光电探测器的噪声来源主要分为两类[2]。第一类是光电探测器接收信号光的基本过程中发生的噪声,包括信号光和背景光激发光电子的散粒噪声;对于多电极器件(例如PMT),还包括多极电子倍增过程引起的噪声;第二类是光电探测器自身构造特点和使用条件所引起的噪声,例如:光电子发射器件光阴极的热离子发射(暗电流),管子里残留气体的电离,内部的光反馈,外界磁场作用影响,以及由管子内部材料的自发发射所引起的随机离子发射。

噪声消除通常遵循如下基本原则[3]:

(1)在选用元器件时,集成运放要使用专门的低噪声运放,减小运放产生的噪声。

(2)光电二极管的内阻应尽可能大,结电容应尽可能小,以增大输出信噪比。

(3)光电检测电路采用电流放大型,光电二极管采取无偏压的工作方式,这样能减小光电二极管的暗电流,提高检测的精度。

(4)电路的反馈电阻在满足通频带宽度和输出信号范围的情况下应尽可能大.这样会增大输出信噪比.也提高电路的信号放大倍数。

(5)在满足信号频带宽度的情况下,应尽量减小电路的通频带,这样可滤除高频噪声,增大输出信噪比。在反馈电阻两端并联电容,构成滤波电路,减小输出噪声。

(6)电路的工作环境温度T越低,输出信噪比越大。所以要尽可能使检测电路在较低的温度环境下工作。另外,温度越低,光电二极管的内阻R越大

为此,我们将两块光电接收板输出的电流经过电压并联负反馈电路转换为电压信号,再通过差分放大减法电路,得到其差动电压,同时在输出端增加反馈电阻及电容组成滤波电路,从而减小电路通频带,消除高频噪声,增加输出信噪比。检测电路如图6所示。

3 实验结果分析

通过用螺旋测微器精确测量实际位移及在电压输出端测得的电压得出如下曲线图形:

通过观察,曲线在位移为0.7~2.5mm的区间内具有较好的线性关系,我们选取这一段进行曲线拟合。

最终我们得到的线性区间的电压位移关系方程为:V=4.968-3.214*x。其拟合线性度为0.99852,最大误差小于5%,说明改进后的光电传感器达到了高精度要求。

4 结束语

本文通过对传统光电位置传感器的设计结构、输入和输出电路进行研究,提出了改进和优化的方法,同时对其输出噪声抑制方法进行了进一步总结。在传感器结构设计上运用输出差分放大,使可测量范围增加了一倍。在输出信号中加入运放,通过提高信噪比及通频带宽来消除噪声的干扰。

参考文献

[1]郭培源,付扬.光电检测技术与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006:71,94-95.

[2]解光勇.光电探测器噪声特性分析[J].信息技术,2008(11):16-18.

[3]王立刚,建天成,牟海维,等.基于光电二极管检测电路的噪声分析与电路设计[J].大庆石油学院学报,2009,33(2):88-92.

[4]于丽霞,等.微弱信号检测技术综述[J].信息技术,2007,(2):115-116.

[5]王林涛,李开成,张健梅.低噪声光电检测电路的设计和噪声估算[J].武汉理工大学学报,2001,23(3):70-71.

传感器测量 第5篇

基于巨磁电阻位移传感器的固体热胀系数测量

介绍磁性纳米多层膜中的.自旋极化输运和巨磁电阻效应,利用巨磁电阻传感器和小磁钢设计一种高灵敏度位移传感器,并精确测量金属的热膨胀系数,测量金属热膨胀系数不确定度一般优于3%.

作 者：康伟芳 KANG Wei-fang 作者单位：东北电力大学,理学院,吉林,吉林,132012刊 名：传感器与微系统 PKU英文刊名：TRANSDUCER AND MICROSYSTEM TECHNOLOGIES年，卷(期)：200928(6)分类号：O472关键词：自旋极化输运 巨磁电阻 位移传感器 热膨胀系数

测量系统改进式电容传感器研究 第6篇

伴随GIS的迅速发展, 现场冲击耐压试验对于有效发现GIS绝缘缺陷变得越来越重要[1]。为满足测量现场Very Fast Transient Over-voltage (VFTO) 耐压试验的波形要求[2], 本文就VFTO测量系统所用的电容传感器做了理论研究, 并提出一些改进方案, 为今后VFTO测量系统的研究起到重要作用。

1 VFTO测量系统的要求

VFTO具有上升时间极短, 幅值很高等特点, 但是直到现在国内外依然没有一个统一的标准。结合2 MV便携式快前沿紧凑型现场冲击试验装置来确定本文中的VFTO测量系统的要求:发生装置模拟VFTO上升时间在50 ns以内, 测量系统应能准确测量上升时间为10 ns以内的陡波;发生装置输出VFTO半峰时间为50μs, 则至少可准确测量半高宽持续时间大于150μs的波形;波形幅值>2 MV, 由于示波器输入电压最高位100 V, 考虑到一定的裕量, 为满足测量要求[3], 测量系统的变比大于30 000比较合适。

2 电容传感器基本原理分析

现有的电容分压器法通常采用如图1所示电路结构, 当电容分压器施加电压波U1, 经过分压后传播到示波器上的电压为U2。对该电路图幅频特性进行分析。

针对图1列写电路方程:

此时传递函数为:

所以幅值增益为:

由式 (4) 可以看出G1具有良好的高频特性, 但是其低频响应则由电容和电阻参数决定, A1降到最大值的0.707倍时的频率为截止频率, 从幅频特性可得下限截止频率。在ns级脉冲电压测量中, 由于传统电容分压器测量所得信号为源信号的微分形式[4,5,6], 所以常在低压回路外接积分器使信号还原为源信号。本文中, 将这一思想应用到VFTO测量系统中, 在低压回路的电缆之后接同轴积分器, 其原理图如图2所示。

C1:高压臂电容;C2:低压臂电容;Ri:积分电阻;Ci:积分电容

为分析积分器对电容传感器的影响, 对带积分器的电容传感器幅频特性进行分析, 其电路图如图3所示。

对积分回路进行幅频特性分析有 (U3为加积分器之后测得的电压信号) :

所以幅值增益为:

当f=fH时幅值增益为最大增益值的0.707倍, 之后随着f的增大A2减小, 所以可知fH为上限截止频率。G2为一个低通滤波器这使得具有丰富的高频成份的陡波头上升段被减弱了。由于传递函数构成了串联, 整个装置的传递函数为:

整个回路在fH>fL时存在频率响应的平坦区域, 所以必须要求fH>fL。在实际测量中还要考虑电缆上的电容电感对测量装置的影响, 所以装置的低频截止频率和高频截止频率还需要根据实际测得的波形和输入波形之间的比较及数据来确定[7,8,9]。

3 电容传感器低压臂电容设计

通过电容传感器低频截止频率

可以看出, 低压臂电容C2越大, 传感器的低频响应越好, 同时C2值的大小与传感器变比正相关, 所以增大C2具有十分重要的意义。由于测量系统中, 电容分压器的高压臂电容是感应电极与GIS母线之间气体耦合的电容, 由于电容分压器的安装基本不会影响到GIS内的电场分布, 所以近似认为高压臂电容是母线与GIS筒壁所构成的同轴电容的一部分。基于这样的想法, 可以先计算出由母线与GIS筒壁构成同轴电容器的单位长度电容值, 然后计算感应电极面积与管道侧面积之间的比值, 再由该值直接算出高压臂电容值。假设管道侧面积为S1, 圆盘电极面积为S2, 同轴电容器电容为C0, 根据同轴电容器的计算公式可得C0的电容值:

则高压臂电容

按照圆盘电极面积占管道侧面积比例计算高压臂电容高压臂电容约为0.2 p F, 变比要达到30000以上, 则低压臂电容要求至少为6 n F;同时考虑到C2对低频截止频率的影响, 如要求低频响应频率为50 Hz, 由示波器输入阻抗1 MΩ, 可算出低压臂电容至少为3.2 n F;结合以上因素, 要求低压臂电容至少6 n F。

在平板式电容传感器中, 如图6所示当电极尺寸确定之后, 高压臂电容C1值就已经确定, 而为了增强传感器低频响应和变比, 需要增大C2。为了解决这个问题考虑改变C2结构, 采用如图7所示同轴椎体电容, 与传统的平板式电压传感器相比, 当感应电极面积相同时, 该手锥形电容低压臂电容较大, 从而变比较大。电压传感器的锥形结构实现了电容传感器高压臂到同轴电缆波阻抗的平滑过渡, 从而有效地减小了波在测量系统中传播时发生的折反射, 可减小波形传输中的畸变。此外为保证低压臂电容与电缆接线处波阻抗不发生变化, 要求得低压臂电容出口波阻抗为50Ω, 通过式

计算:

, 其中b为低压臂电容出口处外壁内径, a为低压臂电容出口处内导体直径。故选择内导体直径1 cm, 则b为2.3 cm。

要满足测量过程中分压比保持不变, 高压臂电容和低压臂电容大小必须稳定。高压臂电容C1介质由SF6气体组成, 气体电容的稳定性高, 结构固定后, 基本不会发生变化。低压臂电容C2选择厚度为0.01 mm聚酰亚胺薄膜作为电容介质, 聚酰亚胺薄膜具有相对介电常数为3.4, 介电强度为100~300 k V/mm, 聚四氟乙烯相对介电常数为2, 在同样厚度情况下选择聚酰亚胺的低压臂电容值要高于聚四氟乙烯。聚酰亚胺的介电常数随着工作频率和温度的变化基本不变, 在宽广的温度范围和频率范围仍具有良好的稳定性, 采用精密电桥测量传感器低压臂电容得到其常温下电容值为4.7 n F。

4 结束语

通过简单分析电容传感器的原理, 确定了其高低频率响应的计算方法, 为合理选择电容传感器参数提供理论依据;从理论上分析电容传感器原理、低压臂电容结构、低压臂电容值以及积分器参数和电缆长度可能对测量结果的影响, 为今后VFTO测量系统的研究有着重要意义。

摘要：现场冲击耐压试验对于发现GIS绝缘缺陷变得非常重要。VFTO冲击的幅值不仅与GIS的组成、回路元件结构、隔离开关开断速度有关, 还与触头间电弧重燃前被断开母线上的残余电荷量有关, 具有一定的随机性, 并且在GIS中不同部件处的幅值也不同。为满足测量现场VFTO耐压试验的波形要求, 就VFTO测量系统所用的电容分压传感器做了理论研究, 并提出一些改进方案。

关键词：VFTO,电容传感器,测量,幅频特性

参考文献

应用于测量系统的电容传感器 第7篇

关键词：VFTO,电容传感器,测量,幅频特性

0前言

现场冲击耐压试验对于有效发现GIS绝缘缺陷变得越来越重要[1]。为满足测量现场VFTO耐压试验的波形要求[2], 本文就VFTO测量系统所用的电容传感器做了理论研究, 并提出一些改进方案。

1 VFTO测量系统的要求

VFTO具有上升时间极短, 幅值很高等特点, 但是直到现在国内外依然没有一个统一的标准。本文结合2 MV便携式快前沿紧凑型现场冲击试验装置来确定本文中的VFTO测量系统的要求:发生装置模拟VFTO上升时间在50 ns以内, 测量系统应能准确测量上升时间为10 ns以内的陡波;发生装置输出VFTO半峰时间为50μs, 则至少可准确测量半高宽持续时间大于150μs的波形;波形幅值>2 MV, 由于示波器输入电压最高位100V, 考虑到一定的裕量, 为满足测量要求[3], 测量系统的变比大于30 000比较合适。

2 电容传感器基本原理分析

现有的电容分压器法通常采用如图1所示电路结构, 当电容分压器施加电压波U1, 经过分压后传播到示波器上的电压为U2。对该电路图幅频特性进行分析。

针对图1列写电路方程:

此时传递函数为:

所以幅值增益为:

由式 (4) 可以看出G1具有良好的高频特性, 但是其低频响应则由电容和电阻参数决定, A1降到最大值的0.707倍时的频率为截止频率, 从幅频特性可得下限截止频率。在ns级脉冲电压测量中, 由于传统电容分压器测量所得信号为源信号的微分形式[4], 所以常在低压回路外接积分器使信号还原为源信号。本文中, 将这一思想应用到VFTO测量系统中, 在低压回路的电缆之后接同轴积分器, 其原理图如图2所示。

为分析积分器对电容传感器的影响, 对带积分器的电容传感器幅频特性进行分析, 其电路图如图3所示。

对积分回路进行幅频特性分析有 (U3为加积分器之后测得的电压信号) :

所以幅值增益为:

当f=fH时幅值增益为最大增益值的0.7 0 7倍, 之后随着f的增大A2减小, 所以可知fH为上限截止频率。G2为一个低通滤波器这使得具有丰富的高频成份的陡波头上升段被减弱了。由于传递函数构成了串联, 整个装置的传递函数为:

整个回路在fH>fL时存在频率响应的平坦区域, 所以必须要求fH>fL。在实际测量中还要考虑电缆上的电容电感对测量装置的影响, 所以装置的低频截止频率和高频截止频率还需要根据实际测得的波形和输入波形之间的比较及数据来确定[5]。

3 电容传感器低压臂电容设计

通过电容传感器低频截止频率

可以看出, 低压臂电容C2越大, 传感器的低频响应越好, 同时C2值的大小与传感器变比正相关, 所以增大C2具有十分重要的意义。由于测量系统中, 电容分压器的高压臂电容是感应电极与GIS母线之间气体耦合的电容, 由于电容分压器的安装基本不会影响到GIS内的电场分布, 所以近似认为高压臂电容是母线与GIS筒壁所构成的同轴电容的一部分。基于这样的想法, 可以先计算出由母线与GIS筒壁构成同轴电容器的单位长度电容值, 然后计算感应电极面积与管道侧面积之间的比值, 再由该值直接算出高压臂电容值。假设管道侧面积为S1, 圆盘电极面积为S2, 同轴电容器电容为C0, 根据同轴电容器的计算公式可得C0的电容值:

S2

则高压臂电容C1=C0·S1按照圆盘电极面积占管道侧面积比例计算出高压臂电容高压臂电容约为0.2 p F, 而变比要达到30 000以上, 则低压臂电容要求至少为6 n F;同时考虑到C2对低频截止频率的影响, 如要求低频响应频率为50 Hz, 由示波器输入阻抗1 MΩ, 可算出低压臂电容至少为3.2 n F;结合以上因素, 要求低压臂电容至少6 n F。

在平板式电容传感器中, 如图6所示当电极尺寸确定之后, 高压臂电容C1值就已经确定, 而为了增强传感器低频响应和变比, 需要增大C2。为了解决这个问题考虑改变C2结构, 采用如图7所示同轴椎体电容, 与传统的平板式电压传感器相比, 当感应电极面积相同时, 该锥形电容低压臂电容较大, 从而变比较大。电压传感器的锥形结构实现了电容传感器高压臂到同轴电缆波阻抗的平滑过渡, 从而有效地减小了波在测量系统中传播时发生的折反射, 可减小波形传输中的畸变。此外为保证低压臂电容与电缆接线处波阻抗不发生变化, 要求得低压臂电容出口波阻抗为50Ω, 通过式算:

要满足测量过程中分压比保持不变, 高压臂电容和低压臂电容大小必须稳定。高压臂电容C1介质由SF6气体组成, 气体电容的稳定性高, 结构固定后, 基本不会发生变化。低压臂电容C2选择厚度为0.01 mm聚酰亚胺薄膜作为电容介质, 聚酰亚胺薄膜具有相对介电常数为3.4, 介电强度为100~300 k V/mm, 聚四氟乙烯相对介电常数为2, 在同样厚度情况下选择聚酰亚胺的低压臂电容值要高于聚四氟乙烯。聚酰亚胺的介电常数随着工作频率和温度的变化基本不变, 在宽广的温度范围和频率范围仍具有良好的稳定性, 采用精密电桥测量传感器低压臂电容得到其常温下电容值为4.7 n F。

4 结束语

通过简单分析电容传感器的原理, 确定了其高低频率响应的计算方法, 为合理选择电容传感器参数提供理论依据;从理论上分析电容传感器原理、低压臂电容结构、低压臂电容值以及积分器参数和电缆长度可能对测量结果的影响。据此得出结论, 采用由SF6气体作为高压臂的电容介质, 采用聚酰亚胺薄膜作为低压臂电容介质。

参考文献

[1]曾正中.实用脉冲功率技术引论[M].西安:陕西科学技术出版社, 2003.

[2]曾昭华, 林集明, 等.特快速暂态过电压及研究实例[J].电网技术, 1996.

[3]王中方, 张乔根, 邱毓昌, 等.快速暂态过电压的模拟及测量[J].高电压技术, 1999.

[4]李智敏, 史保壮, 等.测量快速暂态过电压的微积分系统的设计[J].高压电器, 1998.

容栅传感器位移测量系统研究 第8篇

容栅传感器是在变面积型电容传感器的基础上发展起来的, 是在光栅、磁栅、同步感应器之后出现的一种新型大位移传感器。1974年TRIMS公司最先在测高仪上应用, 1980年专门生产容栅数显的SYLVAC公司成立, 容栅很快就应用于数显卡尺、千分表、测高仪和测长仪。容栅测量系统的测量原理新颖, 测量电路独特, 使其构成的测量仪器工作可靠, 精度高、工耗低、重量轻、抗干扰性能强、抗振动、耐污染, 并且组装的成品率高, 各国的研究部门和生产企业对其极为重视, 经过近20多年的发展, 其性能和水平得到很大的提高, 而且得到广泛的应用[1]。

该系统以单片机为控制核心, 以可编程计数器作为鉴相核心, 用数字化鉴相方法将由容栅尺发生相对位移引起的输出信号相位的变化转换为位移值, 将位移值显示出来, 同时系统可以与上位机进行数据通讯。系统能够实现-100mm-100mm范围内的长度测量, 系统测量分辨率达到2.541μm。

2 容栅传感器的工作

容栅尺由动栅尺和定栅尺组成。动栅尺上刻有8组发射电极与一个接收电极W, 如图1所示。定栅尺刻有m组反射电极K和屏蔽电极J, 如图2所示, 发射电极与接收电极W的总宽度不超过反射电极的宽度。发射电极与反射电极及接收电极与反射电极间存在电容, 当在发射电极上加上一定的激励信号时, 反射电极K上将感应出电荷Q, 同时接收电极W上感应出电荷Qw, Qw即为容栅尺的输出信号, 也就是说容栅尺的输出信号为电荷信号[2]。

容栅尺的动栅尺上共刻有64个反射电极, 每8个电极为一组, 动栅尺上共有8组发射电极。每组的八个电极依次命名为1、2、3、4、5、6、7、8号电极。各组编号相同的电极施以相同的激励信号, 1-8号电极所施的激励信号幅值相同, 相位相差45°, 发射电极与反射电极K之间存在电容, 所以对发射电极施加电压激励信号后, 极板上会产生感应电荷, 而K电极与接收电极W之间亦存在电容, 所以接收电极W上也会产生与反射电极K电荷量之和成正比的感应电荷, 而接收电极W上的感应电荷量就是容栅测长传感器的输出原始信号。动栅尺相对定栅尺移动的输出波形如图3所示, 当动栅尺相对定栅尺向右移动时, 输出信号波形向左滚动;当动栅尺相对定栅尺向左移动时, 输出信号波形向右滚动。这样, 动栅尺与定栅尺的相对位移就转化为输出信号的相位变化, 测量时只要测出输出信号相位的变化再通过计算就可得出位移值[3]。

3 系统硬件电路设计

3.1 控制系统的设计

单片机作为整个系统的控制核心, 需要处理中断响应, 它还要控制系统的输入、输出设备, 因此对单片机的工作速度要求较高。STC12C5A16单片机作为系统的控制器, 它具有一个时钟/机器周期、高速和高可靠等特点, 片内集成1280字节RAM, 16K字节的非易失性FLASH程序存储器, 2K字节的EEPROM, 有两个16位可编程定时器/计数器, 两路16位PCA和8位PWM。

3.2 单片机与鉴相计数器接口设计[5]

单片机与鉴相计数器的接口电路如图5所示。

3.3 放大电路的设计

为了测量容栅传感器输出微弱的电荷信号, 选用了高输入阻抗的LF356电荷放大器。电荷放大器的等效电路如图6所示。在图中Cs为容栅尺等效电容, Ce为传输电缆之间的分布电容, Rf为反馈电阻, Cf为反馈电容, Vo为输出电压, Vi为输人电压, Es为容栅尺的等效输出电压, Cs为容栅尺等效电容, Ce为传输电缆之间的分布电容[6]。

其中Q=Es·Cs, Vo=K·Vi (K为运放的开环增益) , 代入5-1式可得:

因为运放的开环增益K远大于1, 容栅尺等效电容Cs和传输电缆之间的分布电容Ce相对反馈电容Cf很小, 所以可得:

由3式可得电路的下限频率为:f L=1/2πRf Cf, 当输入信号的频率远大于下限频率f L时, 输出电压满足:

4 系统调试及误差分析

为检测系统精度, 在容栅尺上又安装了一具分辨率为1mm的光栅数显表, 容栅发生相对位移时, 光栅也会有相同的位移, 用光栅数显表检测容栅位移测量系统的测量精度。在0-100mm的范围内每隔1mm记录一次光栅数显表显示值和容栅高度仪显示值, 总共作了10次测量。以容栅示值与光栅示值的差作为容栅的误差, 把每个点的10次测量误差作平均后作为容栅的总误差, 图7为系统的100个测量点的误差变化曲线。

由图可以看出系统相对光栅数显表的测量误差不超过4mm, 误差大部分是由栅尺的因素引起的, 所以对于探索性试验, 这个结果是比较理想的。

5 结束语

本系统是在容栅传感器基本原理研究的基础上, 深入研究了鉴幅式容栅系统和鉴相式容栅系统的信号激励方式和信号输出规律, 逐步分析开发出来的一种单片机和数字鉴相器为核心的鉴相式容栅高度测量仪。系统应用了数字化鉴相原理对测量值进行细分, 测量分辨率较高

参考文献

[1]王习文, 齐欣, 宋玉泉.容栅传感器及其发展前景.吉林大学学报 (工学版) , 2003, 33 (2) :21-25.

[2]宋健, 刘文红.数显卡尺容栅定栅母板的研制.计量技术, 2001, (12) :25-26.

[3]张银芳.容栅位移传感器的工作原理及其特点.航空精密制造技术, 2005, 41 (4) :58-59.

[4]徐科军.容栅传感器的研究与应用.北京:清华大学出版社.1995:64-75.

[5]申义俭, 于晓洋, 关为民.高精度调相式容栅位移传感器.哈尔滨科学技术大学学报.1994.

称重传感器测量单元的研究与设计 第9篇

1 系统设计

本系统是针对应变称重传感器的专用测量单元的设计,即通过对外加芯片电路的调整、调试,使传统的应变称重传感器数字化,智能化,使其能以更高的精度,更快的速度输出更准确的结果[2],并适宜于同其他数字化设备连接,便于下载和调试。

1.1 工作原理

整个系统主要包含传感器、数字测量单元以及进行相应调试显示功能的仪表或计算机。其总的系统结构框图如图1所示。

首先被测信号(压力、温度)通过传感器部分转化为电信号。然后,产生的测量电信号被输入到数字测量单元进行A/D转换、数字补偿等数字处理[3],以达到工业实际应用的精度要求。最后补偿完的正确的重量信号将以RS-485的通信形式通过数据通信单元输出给计算机、显示仪表等二次仪表来完成各项补偿的数学建模功能及显示功能。

2 系统硬件电路设计

2.1 整体设计

应变称重传感器专用测量单元的硬件连接电路主要可分为以下三个部分:传感器与数字测量单元接口电路、数字测量单元电路和数字测量单元与显示驱动芯片接口电路。

传感器(包括温度补偿芯片)与数字测量单元接口电路主要是完成将传感器测得的非电量信号(包括称重信号和温度信号)送入数字测量单元中进行处理。数字测量单元部分电路的设计主要是完成将传感器输入的重量和温度信号进行放大、滤波、AD转换和补偿等处理。数字测量单元与显示驱动芯片接口电路主要是将处理后的数据送入显示屏进行显示,以便于观测。

2.2 传感器与C8051F350单片机接口电路

在称重模块的外部留出各种线制的称重传感器的连接接口,可以对不同线制传感器(例如四线制和六线制)的输入模拟量进行后继处理。由于六线制的传感器要求称重模块部分有反馈补偿输入,不容易受环境温度波动等因素的影响,在精密测量及长距离测量时具有一定的优势[4],所以一般都用六线制传感器,但是考虑到对传感器的兼容性,本系统在采用了六线制的传感器外,还预留了四线制的传感器接口。

2.3 RS485通讯芯片与C8051F350单片机接口电路

C8051F350单片机是一款集成化比较高的单片机,内部集成了程控放大器和采用Σ-Δ方式的24位8通道ADC[5],本系统利用P0.1和P0.0为RS485芯片的输入输出口。RS485通讯芯片与C8051F350单片机接口电路中采用了75ALS180接口芯片,O+O-为差分输出端,I+I-为差分输入端。TXD与RXD分别对应输出前的TTL电平与输入的TTL电平[6],两路信号分别和单片机的P1.3和P1.5相连。

2.4 数字测量单元与显示驱动芯片MAX6952接口电路

为了便于测量结果的显示,采用显示驱动芯片MAX6952驱动4个5×7LED显示屏显示称重结果,由C8051F350单片机对其进行控制。

系统的总体电路如图2所示。

3 系统软件实现

3.1 传感器输出接口协议

为了使称重模块能按要求进行各种称重行为,如传感器校准,称重,去皮,调零等的操作,需要开发一套通信命令码协议对其加以控制。这样一来所有的外接通信设备都要求以这种通信格式开发相应的控制程序,对称重模块发出各种称重请求信息,从而提高了称重模块的适用范围[7]。同时还可以交给不同的用户按照自己的需要开发自己的操作终端。

本通信协议对命令头,选址码,功能码及命令尾均有严格规定,其具体格式如下:

其中,功能码又包含称重功能码和辅助功能码两部分。称重功能码是与称重行为相关的命令码,主要包括调零、称重、去皮、显示四个命令;辅助功能码则主要是系统自身设置相关的命令,主要包括:错误检测和采样率设置两个命令。

各部分命令码与其功能的对应关系如表1所示。

3.2 中断程序执行流程

测量单元对命令码的响应通过中断程序interrupt_Init()来实现,TT为中间缓存变量,m为全局控制变量。每次跳入中断程序m都会自动累加。然后,根据m的当前累加值选择进入判断命令头、功能码还是命令尾。当上位机发送数据时,单片机接收并存储到SBUF,m自加。若数据无效,m被清零;若数据有效,单片机将接收到并存储到SBUF,然后进行相应判断,执行相应语句。

其部分程序内容如下:

3.3 辅助功能执行流程

接收到上位机发送的命令后,首先判断前8位是否为命令头,若不是,则返回;若是命令头,继续判断接下来的8位是否为本机选址码,若不是,则返回,若是,则判断命令类型:若为采样设置命令,则将其参数给T2,然后判断接下来的数据是否为命令尾,若是命令尾,把T2送给K2,程序返回,若不是命令尾,程序直接返回;若为检错命令,则直接判断接下来的数据是否为命令尾,若不是命令尾,程序返回,若是命令尾,则运行采样子程序并判断采样结果是否接近满量程,若接近满量程,LED闪烁5次报警然后返回,若结果不大,LED亮一下后自动灭以示检错完毕,程序返回。

3.4 称重功能执行流程

本程序执行后,将建立4个存储单元,分别为X0、X1、X2、X3。其中,X0中存放的为测量台的重量;X1中存放的为皮重;X2中存放的为毛重;X3中存放的为净重。

当接收到通信命令码协议中规定的命令头,LED标志灯灭,同时系统对称重信号进行采样。然后根据《通信协议命令码对照表》判断所接收到的功能命令为调零、去皮、称重、显示中哪一种。若为调零命令,则将当前测量结果即测量台的重量送入X0中保存;若为称重命令,则将当前测量结果(测量台与被测物重量)final与X0(测量台的重量)之差送入X2;若为去皮命令,则将当前测量结果final与X0之差送入X1,然后判断X2是否为0:如果X2=0,则表示用户在没有进行第一次称重的情况下误按“皮重”按钮,系统自动完成本次操作,等待下一次命令;如果X2!=0,则表示用户已经进行过第一次称重,此时将(X2-X1)送入X3中保存。当系统执行调零、去皮、称重中任意一种操作后,LED灯都会自动亮起以表示操作完成。若接收到的为显示命令,则系统将会把X1,X2,X3即皮重,毛重,净重全部显示在显示屏上,以供用户观察之用。

4 实验及结果分析

实验环境:温度,25℃;湿度,52%;预热,30 min;

4.1 基本操作功能检验实验

表2为净重功能检验实验测量结果。

4.2 重复性实验

表3为重复性实验测量结果。

4.3 时间稳定性实验

表4为时间稳定性实验测量结果。

4.4 结果分析

误差分析:Δ1=(1V-0.947V)/1V=5.3%;Δ2=(1V-0.950V)/1V=5.0%;Δ3=(1V-0.946V)/1V=5.4%;

实验结果证明:系统误差很小,专用测量单元毛重、净重及去皮功能正常。系统的重复性、时间稳定性良好,可以满足工程中实际应用的要求。

5 结束语

随着科学技术的发展,数字化与智能化将是未来称重传感器的发展方向之一。而为称重传感器量身定做的专用测量单元具有数字化、智能化,集成化、微型化的众多优点,能有效克服传统模拟传感器在软硬件及应用上的不足。必将在不远的将来大放异彩。

摘要：从信号传输形式、与上位机的通讯方式和扩展调试等三个方面对称重传感器的专用测量单元进行了改进,构建了一种基于C8051F350单片机的智能数字式应变称重传感器专用测量单元。采用了RS-485总线通讯协议做为通讯方式,首创性地开发了一套专用的控制命令码协议,并进行了大量实验验证。实验数据表明系统具有较高的测试精度和良好的重复性及时间稳定性,可以满足工程中实际应用的要求。

关键词：智能称重,数字化,RS485,C8051F350

参考文献

[1]王祁,手航.传感器技术的新发展—智能传感器和多功能传感器[J].传感器技术,1998,17(1):56-58.

[2]刘九卿.数字式智能称重传感器的发展与应用[J].衡器,2004,33(5):8-12.

[3]周祖濂.我对数字称重传感器的认识[J].工业计量,2002(1):49-52.

[4]马朝军,宁小杰.电子称量技术的进展[J].河南科技,1999(10):19.

[5]陈日兴.浅谈我国称重传感器的发展[J].仪表技术,1998(02):44-45.

[6]刘立生,刘国辉.数字传感器和数字称重系统[J].质量天地,2003(2):13.

传感器测量 第10篇

1 实验台的准备

由于本实验需要用多个光纤光栅进行二维应力测量, 所以不能使用一般的等强度梁, 而是用一个十字架形结构, 实际上也是一种等强度梁, 不过这种装置有两个等强度梁, 分别作为十字架的X轴向和Y轴向, 用来施加压力, 如图1所示。

这是实验的被测表面的俯视图, 表面是由我们用一块马口铁皮做成的。实验时在X轴、Y轴方向分别悬挂砝码盘。砝码的重力通过试验台的等悬梁臂结构拉伸X或者Y方向的铁皮, 铁皮的应力的变化引起光纤光栅中心波长的变化, 因此为了保证试验的效果, 光纤光栅的粘贴必须使光栅光纤紧贴被测表面时同时发生应变。

2 光纤光栅的制备

实验台准备好后重要的是制备光纤光栅, 本实验使用3只不同中心波长的光纤光栅, 串联成直角应变花来测试动态应力的变化, 因而需制备3只不同波长的光纤光栅。由于实验条件的限制, 试验室中只有两块相位掩模板, 在实验室中只能制备两只光纤光栅, 另外一只光纤光栅是已经制备好的光纤光栅。三只光纤光栅的波长位置分别在:1532nm, 1544nm, 1548nm处附近。

根据实验条件, 组建一个光纤光栅制作系统, 制作方法采用目前最有效, 也是最流行的相位掩模法, 其实验系统如图2所示。

本实验用光纤, 是载氢掺锗光敏光纤-普通光纤经过载氢处理 (在室温下, 压强为107Pa的容器中, 载氢两周左右) , 使得普通通信光纤的光敏性大大增加, 达到写制光栅的要求。实验所用的光谱分析仪为国产AV6361, 分辨率选择0.2nm, 宽带光源使用LED。

在实验前, 将相位掩模板靠近光纤放置, 要曝光部位的光纤需先去掉涂敷层。通过载氢提高光纤的光敏性和缩短光纤与掩模板的距离是提高成栅效率的重要手段, 保证光纤轴向与掩模板的栅线方向垂直且与掩模板平行是提高光栅质量的关键。

3 光纤光栅的粘贴

光纤光栅制作好之后, 用光纤熔接机将三只光纤光栅串联在一起, 通过光谱分析仪观察三只光纤光栅的光谱。

在实验中, 先用1号砂纸打磨被测物体的待粘贴光栅部位, 再用3号砂纸打磨, 直至表面光滑无粗糙感。再用脱脂棉沾丙酮反复擦拭表面至表面清洁。粘贴时先用2B铅笔划出X轴、Y轴, 以及450线, 这样可以保证光纤光栅粘贴成直角应变花。用透明胶带将每个光栅的两侧贴牢, 以方便涂胶。然后用一比一组分的环氧胶, 均匀涂覆在光纤光栅的裸纤上, 并使光纤光栅与被测表面紧密地贴在一起。三个不同波长的光纤光栅贴成应变花, X方向即00方向贴1532nm的光纤光栅, 450方向贴1548nm的光栅光纤, Y方向即900方向贴1544nm的光栅光纤。

4 实验仪器

实验装置及材料:光纤光栅解调仪 (型号:FBG-IS,

光栅 (单模载氢掺锗光敏光栅, 中心波长分别为1532nm、1544nm、1548nm系列, 反射率大于95%, 反射带宽约为0.3nm) 、高精度电阻应变片、1Kg的砝码 (共20个) 。实验装置如图3所示。

5 实验过程

光纤光栅粘贴完后, 用宽带光源激励光纤光栅, 另一端用光谱分析仪观测三个光谱。

实验装置连接好后就可以进行光纤光栅应力测量实验。实验先在X轴方向的砝码盘中加砝码, 每次加一个砝码。首先从加第一个砝码开始记录三个方向光纤光栅的中心波长, 然后每加一个砝码, 等待光纤光栅波长分析仪的读数稳定后开始纪录。

以上实验进行完后, 在X轴向加应力的砝码共有十个, 这时取下一个砝码再记录三个光纤光栅的中心波长, 以此类推, 至砝码盘空为止。这组数据作为验证性的, 与加砝码过程中的三光纤光栅中心波长随砝码的增加的趋势作比较, 验证光纤光栅的重复性。然后在Y方向加砝码, 重复上述操作。之后在X、Y方向同时累加砝码, 重复上述操作。记录实验数据。

6 电阻应变片进行应力测量对比

本实验是测光纤光栅中心波长随应力变化的关系, 在实验中通过贴电阻应变片来标定被测物体表面发生的应变, 这就要求电阻应变片地粘贴与光纤光栅地粘贴方位贴近, 电阻应变片也是贴成应变花。

在实验室同时使用上述两种方法进行了应变测量, 获得了多组实验数据。实验中环境温度稳定, 测量装置运行良好, 测量数据可靠、有效。测量过程同对光线光栅波长的测量步骤相同, 也分为X方向、Y方向、XY方向加载方式, 记录实验数据。

7 实验结果分析

按照以下方法处理实验数据:首先做出00、450、900三个不同方向的光纤光栅中心波长变化ΔλB与载荷质量变化Δm的关系, 并进行数据拟合。然后

做出00、450、900三个不同方向的电阻应变片应变变化Δε与载荷质量变化Δm的关系, 并进行数据拟合, 得到拟合方程。最后, 对于光纤光栅ΔλB与电阻应变片Δε随加载质量Δm的变化规律进行了对比。

X方向加载时, 00、450、900光纤光栅中心波长变化ΔλB与载荷质量变化Δm的关系、电阻应变片应变变化Δε与载荷质量变化Δm的关系分别如图4和图5所示。

比较图4及图5可以得到:X方向加载时, 00、450、900三只不同方向的光纤光栅波长变化规律与相应方向的电阻应变片应变变化规律相同, 这说明光纤光栅和电阻应变片在应力测量方面的一致性。

参考文献

[1]周建华.光纤光栅传感器应变传递特性研究[D].武汉:武汉理工大学, 2010.4.