面向水电站大坝水冲刷监测的磁致伸缩仿生须传感器的研究

发布时间：2022-02-16 10:59

　　大坝的安全对于保障水电站的安全具有重要的作用,而水流冲刷、路面载荷变化对大坝的影响和破坏具有长期性、实时性,而采用常规检测方法又难以实现对其进行监测。故,本文受到动物仿生须的启发,基于维拉里效应设计了一种结构简单、灵敏度高、寿命长的磁致伸缩仿生须传感器,其不仅可以监测水流对大坝的冲刷,还可以在地震、泥石流、洪水等自然灾害对大坝产生威胁时发出预警,可以有效提升大坝的安全保障力度。本文首先对各种磁致伸缩材料的参数进行比较后,发现Fe-Ga合金（Galfenol）不仅有较大的磁致伸缩系数,还兼具了良好的机械性能（可轧制）,是制作仿生须传感器的理想材料。设计和制作了该仿生须传感器样机,并对其工作原理、各个组成部分的作用进行了阐述。利用有限元软件对该传感器Galfenol悬臂梁的振动模态、磁场及应力进行了分析。基于欧拉—伯努利梁方程、压磁方程等,构建了关于该仿生须传感器的静态灵敏度、动态灵敏度、分辨率的数学模型。然后借助特斯拉计发现霍尔传感器在距离通孔位置2mm、永磁体距离通孔位置12mm左右时,磁感应强度的差值最大。利用实验室的仪器搭建了磁致伸缩仿生须传感器的静态和动态实验平台,用来模拟水下冲... 

【文章来源】：南昌工程学院江西省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 大坝监测的发展历程
    1.2 传感器在大坝监测中的应用
    1.3 智能材料
    1.4 磁致伸缩材料
        1.4.1 磁致伸缩材料的发展历程
        1.4.2 磁致伸缩材料的应用
    1.5 国外研究磁致伸缩传感器的现状
    1.6 国内研究磁致伸缩传感器的现状
    1.7 论文的研究意义及内容安排
        1.7.1 论文的研究意义
        1.7.2 论文的内容安排
第2章 磁致伸缩仿生须传感器的设计及工作原理
    2.1 仿生学概述
    2.2 动物仿生须的工作原理
        2.2.1 仿生须传感器的研究现状
    2.3 仿生须材料的选择
        2.3.1 磁致伸缩材料的选择
    2.4 磁致伸缩材料的特性
    2.5 磁致伸缩仿生须传感器的设计
    2.6 磁致伸缩仿生须传感器的工作原理
    2.7 本章小结
第3章 磁致伸缩仿生须传感器的有限元分析
    3.1 有限元法的发展历程
    3.2 有限元分析软件
    3.3 磁致伸缩仿生须传感器的建模
        3.3.1 Galfenol悬臂梁的数学建模
        3.3.2 磁致伸缩仿生须传感器的数学建模
    3.4 有限元分析
        3.4.1 COMSOLMultiphysics仿真分析软件
        3.4.2 COMSOLMultiphysics的操作步骤
        3.4.3 磁致伸缩仿生须传感器的有限元分析
        3.4.4 磁致伸缩仿生须传感器的求解结果及后处理
    3.5 本章小结
第4章 磁致伸缩仿生须传感器的样机制作及实验研究
    4.1 磁致伸缩仿生须传感器的样机制作
    4.2 永磁体及霍尔传感器在底座上的放置位置
    4.3 激光位移传感器的工作原理
    4.4 磁致伸缩仿生须传感器的静态和动态实验研究
        4.4.1 磁致伸缩仿生须传感器的静态实验研究平台
        4.4.2 磁致伸缩仿生须传感器动态实验研究平台搭建
    4.5 实验结果分析
        4.5.1 静态实验结果分析
        4.5.2 动态实验结果分析
    4.6 本章小结
第5章 磁致伸缩仿生须传感器的优化设计及实验研究
    5.1 新型磁致伸缩仿生须传感器的设计及样机制作
        5.1.1 新型磁致伸缩仿生须传感器的设计
        5.1.2 新型磁致伸缩仿生须传感器的样机制作
    5.2 新型磁致伸缩仿生须传感器的工作原理
    5.3 新型磁致伸缩仿生须传感器的数学模型
    5.4 新型磁致伸缩仿生须传感器的实验研究
        5.4.1 新型磁致伸缩仿生须传感器实验研究平台的搭建
        5.4.2 新型磁致伸缩仿生须传感器的测试结果及分析
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 研究总结
    6.2 进一步的工作与展望
参考文献
致谢
在学期间学术论文与研究成果
    1.发表论文
    2.申报专利
    3.获奖


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种压阻式压力传感器的温度补偿方法[J]. 李冀,胡国清,周永宏,邹崇,吴翩卉.  仪表技术与传感器. 2018(06)
[2]基于压电传感器的混凝土损伤检测数值模拟[J]. 齐宝欣,张雨,李佳诺,贾连光.  压电与声光. 2018(03)
[3]大坝强震动响应参数放大效应研究[J]. 裴雪玲,王波,杜兴忠.  长江科学院院报. 2018(04)
[4]《水电站大坝运行安全管理信息系统技术规范》解读[J]. 冯涛,李啸啸,张晓松,冯永祥,傅春江,蒋波.  大坝与安全. 2018(01)
[5]磁致伸缩位移传感器波导丝扭转超声波衰减特性研究[J]. 谢新良,王博文,周露露,翁玲,孙英.  电工技术学报. 2018(03)
[6]“独具特色,异军突起”——记COMSOL中国年会采访[J]. 陈刚.  世界电子元器件. 2017(11)
[7]超磁致伸缩致动器的等效电路模型研究及实验分析[J]. 李一宁,张培林,何忠波,薛光明.  中国电机工程学报. 2018(11)
[8]磁致伸缩压力传感器设计及其输出特性[J]. 王博文,王启龙,韩建晖,万丽丽,曹淑瑛,王宁,刘华平.  光学精密工程. 2017(04)
[9]偏置磁场对磁致伸缩液位传感器检测电压的影响[J]. 孙英,边天元,王硕,翁玲,张露予.  光学精密工程. 2016(11)
[10]坝前淤积及坝后冲刷监测管理信息系统开发与应用[J]. 周洪叶,郑淑倩.  大坝与安全. 2016(02)

博士论文
[1]基于神经网络的大坝安全监控模型研究[D]. 张帆.东南大学 2016
[2]Galfenol复合悬臂梁磁机耦合建模及实验研究[D]. 曹清华.武汉理工大学 2015
[3]超磁致伸缩致动器的电—磁—热基础理论研究与应用[D]. 张成明.哈尔滨工业大学 2013
[4]基于无线传感器网络的大坝安全监测系统研究[D]. 缪新颖.大连理工大学 2013
[5]超磁致伸缩材料、器件损耗理论与实现研究[D]. 陶孟仑.武汉理工大学 2012
[6]基于蜻蜓翅膀的温室结构仿生设计研究[D]. 史晓君.吉林大学 2012
[7]铽镝铁磁致伸缩材料的制备及性能研究[D]. 张世荣.东北大学 2008
[8]基于GMM的微致动研究及应用[D]. 卢全国.武汉理工大学 2007
[9]大坝安全监控感智融合理论和方法及应用研究[D]. 苏怀智.河海大学 2002

硕士论文
[1]环状超磁致伸缩致动器设计与研究[D]. 范文涛.山东大学 2017



本文编号：3627842