论文部分内容阅读
本文对光纤光栅的传感原理进行了深入地分析，设计了一种量程为100Nm的光纤光栅轮辐式扭矩传感器。针对光纤光栅扭矩测量的需要，搭建了一套适用于光纤光栅扭矩测量的测试系统。本课题设计了两种不同形状的弹性体结构——轴、轮辐结构，为了提高传感器的应变灵敏度，创新地将轮辐结构用于扭矩测量方面，对原始轮辐的矩形辐条进行了改进，采用了双月牙弧形状的新型辐条，根据有限元仿真的结果，以变形量最大为目标函数，优化设计了弹性体元件的尺寸。通过相关实验，研究与分析了该系统的多种静态特性。主要研究内容归纳如下：首先，在掌握各类光纤光栅传感器特点的基础上，结合现有的扭矩测量方法，提出了采用光纤光栅进行扭矩测量的方法，进一步分析了光纤光栅应变测量原理，确定了将光纤光栅用于扭矩测量的可行性。其次，分析了弹性体的受力情况，建立了光纤光栅扭矩传感模型，并对弹性体结构进行了有限元仿真分析，根据分析结果确定了弹性体的结构形状与具体尺寸。第三，基于扭矩测量的实验需要，设计并搭建了一套用于光纤光栅扭矩测量的测试系统，重点设计了纯扭矩的加载装置与基于LABVIEW的信号处理与显示系统。第四，通过多组光纤光栅扭矩的测量分析，计算出了光纤光栅扭矩传感器的回程误差、线性度误差、重复性误差与温度灵敏度；对轮辐结构与轴类结构进行对比，采用轮辐结构的应变灵敏度较轴类结构提高近2倍。