基于復(fù)合材料的光纖光柵加速度傳感器的研究.pdf

1、隨著重大裝備和重大工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)大型化、連續(xù)化、高速化、高效化、輕柔化和自動化方向發(fā)展，其動力學(xué)問題日益復(fù)雜。如何在復(fù)雜惡劣的環(huán)境下、在超荷載的工況下對其進行準確的動態(tài)測試和分析，確保設(shè)備正常和工程安全的健康狀況監(jiān)測(特別是其中的振動監(jiān)測)顯得越來越重要。目前廣泛應(yīng)用的電磁類加速度傳感器由于抗干擾能力和長期穩(wěn)定性差，不太適應(yīng)遠傳輸環(huán)境的使用；而傳統(tǒng)的懸臂梁式光纖光柵加速度傳感器由于結(jié)構(gòu)的限制其性能得不到提高，二者均不能很好滿足大型結(jié)構(gòu)的振

2、動監(jiān)測需要。因此，研究和開發(fā)新型的光纖光柵加速度傳感器有著重要的意義。
　　 本論文基于光纖光柵加速度傳感器的基本理論、基礎(chǔ)實驗，結(jié)合ANSYS參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計方法，從材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)等方面探討基于復(fù)合材料的光纖光柵加速度傳感器的設(shè)計理論，以期研制出適應(yīng)惡劣復(fù)雜環(huán)境并可用于大型結(jié)構(gòu)工程振動監(jiān)測的高靈敏度低頻的光纖光柵加速度傳感器。
　　 1.基于光纖光柵傳感理論，系統(tǒng)研究了光纖光柵加速度傳感器的基本原理和動態(tài)特性；針對現(xiàn)有

3、加速度傳感器的不足，研究了一種雙板簧結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，并從材料和結(jié)構(gòu)兩方面對其進行系統(tǒng)優(yōu)化。
　　 2.針對雙板簧結(jié)構(gòu)加速度傳感器的性能需要和現(xiàn)有金屬基彈性結(jié)構(gòu)的不足，提出了以碳纖維基的復(fù)合材料傳感器彈性結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)研究復(fù)合材料層合板的設(shè)計理論和成型工藝方法，設(shè)計和制備了用于傳感器彈性結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料層合板。并對其進行了系統(tǒng)力學(xué)性能實驗，得到了滿足加速度傳感器參數(shù)要求(彈性模量約為145GPa)的碳纖維復(fù)合材料彈性結(jié)

4、構(gòu)。
　　 3.根據(jù)具體的應(yīng)用對象環(huán)境和測量的要求，結(jié)合設(shè)計的高靈敏度低頻光纖光柵加速度傳感器，總結(jié)出碳纖維基光纖光柵加速度傳感器的設(shè)計理論與方法。即利用ANSYS軟件建立傳感器的靜態(tài)、動態(tài)特性分析方法，用APDL語言編寫了優(yōu)化分析程序和控制程序，迭代計算得到了傳感器的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。隨后通過ANSYS軟件對最優(yōu)結(jié)構(gòu)進行了模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和橫向靈敏度分析。
　　 4.對傳感器最優(yōu)結(jié)構(gòu)進行加工與封裝工藝研究，并進行系統(tǒng)的實驗