光纤传感皮带机动态称重方法研究

发布时间：2021-03-16 14:37

在现代社会，无论是日常生活还是生产、运输、建设、科研都离不开称重。工业生产不仅要求称重精度高，而且称重的物料也越来越复杂，传统的静态称重装置已经不能胜任这些要求。动态称重是物料在不停止传输的情况下进行连续称量，不需要外界和人为的干预。由于传统的动态称重装置对外界的环境要求比较高，且皮带机动态称重的环境往往处于震动、高温、粉尘、潮湿，有电磁场的干扰，而电子皮带秤在这种恶劣的环境下会导致称重稳定性不高，使用寿命不长。因此研究出一种适应复杂环境，且称重精度高的动态称重装置显得日趋重要。随着光纤光栅的快速发展，动态称重的研究也获得了新途径。光纤光栅具有灵敏度和可靠性高、寿命长、抗电磁干扰等突出优点，而且光纤光栅传感器的传输信号为光信号，没有零点漂移。为了保证皮带秤在称重现场的准确性，本文对皮带秤称重传感器进行了改进，采用光纤光栅传感器代替原有的电阻应变片，设计了一种基于双孔平行梁的双光纤光栅称重传感器，研发了能在恶劣条件下准确称重的动态称重技术，为中石化公司设计出具有自主知识产权的高端皮带机光纤光栅动态称重方法。本文首先分析了光纤光栅的原理和传感特性，从理论上论证了光纤光栅应用在动态称重系统中的可行性；然后对称重的关键器件光纤布喇格光栅（FBG）应变片进行设计、制作和标定，并将FBG应变片与双孔平行梁弹性元件结合，制作成双孔平行梁双光纤光栅称重传感器，对FBG称重传感器进行静态和动态称重测试实验，最后将FBG称重传感器安装在中石化湖北某公司的皮带机上进行了实际的工程应用。实煤校验的结果表明FBG称重传感器的精度为0.3%，达到了用户的精度指标。在以人为本、安全生产日益受到重视的前提下，本研究满足了我国易燃、易爆和强电磁干扰条件下的重要产业对散装物料的安全输送和精确计量的需要，有助于这些产业的发展和智能化管理。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH715.195;TP212

文章目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题来源

1.2 研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 皮带机动态称重的研究现状

1.3.2 光纤传感技术的研究现状

1.4 本人工作、文章的结构安排和创新点

1.4.1 本人的工作及文章的结构安排

1.4.2 技术路线和创新点

第2章光纤传感皮带机动态称重的原理和方法

2.1 引言

2.2 光纤传感原理及其实验验证

2.2.1 光纤传感的原理和特性

2.2.2 光纤光栅的应变传感特性实验

2.3 皮带机动态称重的基本结构

2.4 光纤传感皮带机的称重原理和方法

2.5 本章小结

第3章 FBG 称重传感器的设计和制作

3.1 引言

3.2 FBG 应变片的结构设计

3.2.1 FBG 应变片的力学分析

3.2.2 FBG 应变片的制作工艺

3.3 FBG 应变片的传感特性实验

3.3.1 FBG 应变片与裸栅的对比实验

3.3.2 FBG 应变片的标定实验

3.3.3 FBG 应变片的温度补偿实验

3.4 FBG 称重传感器的结构设计

3.4.1 FBG 称重传感器的力学分析

3.4.2 FBG 称重传感器的制作工艺

3.5 FBG 称重传感器的性能测试

3.5.1 FBG 称重传感器的温度补偿实验

3.5.2 FBG 称重传感器和电称重传感器的静态测试实验

3.5.3 FBG 称重传感器的动态测试实验

3.6 本章小结

第4章光纤传感动态称重系统的工程应用

4.1 工程应用概况

4.2 光纤传感皮带机动态称重的系统

4.2.1 光纤传感皮带秤

4.2.2 光纤速度传感器

4.2.3 FBG 解调仪

4.2.4 数据采集与处理设备

4.3 实煤校验与数据分析

4.4 本章小结

第5章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士期间发表的学术论文

【参考文献】