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射频同轴电缆电栅传感器的设计与实现

发布时间:2017-10-23 01:02

  本文关键词:射频同轴电缆电栅传感器的设计与实现


  更多相关文章: 同轴电缆传感器 谐振空腔 传输线 介电常数 大应变 HFSS


【摘要】:大型基础设施、岩体滑坡等安全监测的研究,逐渐成为全球科研的热门课题。而现有的应变感知元件,因为量程小以及全量程的监测难以实现,所以不能完全满足实际应用的需求。特别是在极端荷载和灾害(或灾变)作用下造成损伤的监测,成为制约大型基础设施以及滑坡体安全监测技术发展的瓶颈。本文研究了一种基于射频同轴电缆电栅式的应变传感器,从而实现结构在宽量程范围内的安全监测。所研究的传感器是根据光纤布拉格光栅的原理演变而来的一种新型传感器,与传统的光纤布拉格光栅传感器相比,其传输媒介为射频同轴电缆,依据同轴电缆中射频信号的传输特性来实现数据采集。为更好地实现工程应用的目的,论文对电容加载同轴谐振腔结构及特性研究,实现阻抗不连续;这是在同类传感器的研究中首次提出这样的观点。本论文主要研究内容如下:(1)首先,研究与学习新型射频同轴电缆电栅的理论。通过分析射频同轴电缆形成电栅效应的原理以及电容加载同轴谐振空腔的射频理论,提出自己的观点,实现新型射频同轴电缆电栅的理论研究与分析。(2)其次,通过Ansoft HFSS三维电磁场软件实现仿真设计。根据电容加载同轴谐振空腔的机械结构,并结合实际应用,对其可行性进行理论分析。进一步建立电容加载谐振空腔与同轴电缆3D模型,实现本论文所研究的同轴电缆电栅传感器结构的模拟仿真。(3)然后,设计出电容加载同轴谐振腔的机械结构,并实现器件的制作;同时,对传感器实现过程做详细说明。为达到工程应用的目的,同样对传感器的信号发射与接收设备做了简单介绍。(4)最后,研究和分析同轴电缆电栅传感器传输特性。通过数据的采集与分析,得到同轴电缆电栅传感器的应变曲线以及温度特性曲线,并对同轴电缆电栅传感器的长期稳定性进行测试验证。本论文通过研究和分析,提出了电容加载同轴谐振腔机械结构,实现同轴电缆电栅传感器的加工制作和测试,并达到测试要求。同时,本课题研究思路,对今后同轴电缆电栅传感器的进一步研究具有一定的借鉴意义。
【关键词】:同轴电缆传感器 谐振空腔 传输线 介电常数 大应变 HFSS
【学位授予单位】:中国科学院大学(工程管理与信息技术学院)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP212
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 第一章 绪论10-20
  • 1.1 研究的背景与意义10-12
  • 1.2 研究的进展12-17
  • 1.2.1 大应变传感技术国内外进展13-16
  • 1.2.2 同轴电缆传感器的研究16-17
  • 1.3 本文主要工作和创新点17-20
  • 第二章 同轴电缆电栅的基本原理20-44
  • 2.1 传输线理论20-26
  • 2.2 同轴电缆传输线的特性26-31
  • 2.3 模式耦合理论31-36
  • 2.4 布拉格电栅的原理及实现36-37
  • 2.5 谐振腔理论37-42
  • 2.5.1 电容加载同轴线谐振腔40-42
  • 2.5.2 同轴线谐振腔的调谐42
  • 2.6 本章小结42-44
  • 第三章 传感器的需求分析与仿真设计44-58
  • 3.1 同轴电缆电栅传感器需求分析44-46
  • 3.1.1 软件需求分析44-45
  • 3.1.2 性能需求分析45-46
  • 3.2 仿真软件46-47
  • 3.2.1 AnsoftHFSS仿真软件简介46-47
  • 3.2.2 AnsoftHFSS设计流程47
  • 3.2.3 AnsoftHFSS软件的求解47
  • 3.3 电容加载同轴谐振腔的仿真设计47-52
  • 3.3.1 电容加载同轴谐振腔的基本结构的设计48-50
  • 3.3.2 反射空腔优化设计的仿真求解50-52
  • 3.4 同轴电缆传感器建模仿真52-56
  • 3.5 本章小结56-58
  • 第四章 同轴电缆电栅传感器的实现58-72
  • 4.1 射频同轴电缆电栅传感器的实现方法58-66
  • 4.1.1 谐振空腔与同轴电缆焊接58-61
  • 4.1.2 传感器制作61-63
  • 4.1.3 谐振空腔个数的影响63-65
  • 4.1.4 谐振空腔反射率的影响65-66
  • 4.2 射频同轴电缆电栅传感器信号发生器与接收设备66-70
  • 4.3 本章小结70-72
  • 第五章 同轴电缆电栅传感器的测试与应用72-84
  • 5.1 射频同轴电缆电栅传感器传感特性72-76
  • 5.2 射频同轴电缆电栅传感器系统的传感特性76-82
  • 5.2.1 应力/应变可靠性测试76-78
  • 5.2.2 温度特性78-80
  • 5.2.3 模拟测试传感器传感特性80-81
  • 5.2.4 稳定性测试81-82
  • 5.3 本章小结82-84
  • 第六章 总结与展望84-86
  • 6.1 总结84-85
  • 6.2 展望85-86
  • 参考文献86-90
  • 致谢90-92
  • 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果92

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本文编号:1080863

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