基于无源无线声表面波传感器的主轴温度监测系统研究与应用
发布时间：2021-04-25 17:10
主轴作为高精密机床的核心功能部件,其热特性直接影响到机床的加工精度。本文基于对声表面波（Surface Acoustic Wave, SAW）传感技术与无线通信系统理论的深入研究,针对机床主轴热状态监测与补偿问题提出了基于无源无线声表面波传感器的主轴温度监测系统方案,研制了完整的主轴温度监测系统并通过实验验证了该系统的有效性。论文的主要研究工作如下：（1）基于对SAW传感器传感原理与质询特性的分析,提出使用谐振型SAW传感器作为主轴温度监测系统的感知元件。研究各类射频质询系统方案的通信特性,结合谐振型SAW传感器的通信特征确定主轴温度监测系统质询器电路结构。（2）设计开发SAW传感监测系统质询器的硬件与软件系统。分析、试验各电路功能模块的结构原理及性能特征,在此基础上,设计并制作了质询器集成电路,编写了质询器控制程序并开发了具有灵活显示功能的上位机软件。（3）测定SAW传感温度监测系统性能。针对质询器收发链路的串扰问题,使用射频开关、频率合成器及超外差接收器的综合控制方法消除了接收链路噪声并获得了质询器与SAW传感器的良好通信效果。采用发射信号扫频实验模拟SAW传感器与质询器的通信过程...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 论文背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 主轴热状态监测技术研究现状
1.2.2 面向旋转机械结构监测的声表面波传感技术研究现状
1.3 论文研究内容与框架
1.3.1 论文研究内容
1.3.2 论文框架
第2章 声表面波传感技术与射频收发系统理论基础
2.1 声表面波技术及传感器概述
2.1.1 声表面波技术
2.1.2 声表面波传感器
2.2 射频收发系统概述
2.2.1 雷达、无线通信与声表面波传感通信原理
2.2.2 谐振型SAW传感器质询原理
2.3 本章小结
第3章 质询器硬件电路系统分析与设计
3.1 质询器整体电路框架设计
3.2 发射链路功能模块分析与电路设计
3.2.1 信号发生器
3.2.2 频率合成器
3.2.3 功率放大器
3.2.4 射频开关
3.3 接收链路功能模块分析与电路设计
3.3.1 混频器
3.3.2 放大器
3.4 控制器STM32F405RGT6
3.4.1 片内A/D转换模块
3.4.2 编程方式
3.5 电源模块设计
3.6 抗电磁干扰设计
3.7 电路板
3.8 本章小结
第4章 质询器电路控制程序与上位机软件开发
4.1 电路控制分析
4.2 控制器编程环境
4.3 电路控制
4.3.1 信号产生芯片AD9850控制
4.3.2 频率合成芯片ADF4350控制
4.3.3 射频开关、ADF4350及MAX7033综合控制
4.4 模数转换及数字信号处理
4.5 上位机监测软件开发
4.6 本章小结
第5章 声波面波传感主轴温度监测系统实验及分析
5.1 声波面波传感监测系统性能测试实验
5.1.1 系统通信性能实验
5.1.2 质询器测温精度检测实验
5.1.3 质询器稳定性与可靠性分析
5.2 基于声表面波传感监测系统的机床主轴温度监测实验
5.2.1 声表面波传感监测系统配置优化实验
5.2.2 声表面波传感监测系统应用于旋转主轴的温度监测实验
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]SAW无线无源技术在避雷器温度监测中的应用[J]. 郭凤仪,刘志岭,王智勇,何维涛,陈占东. 传感器与微系统. 2012(10)
[2]高速电主轴的温度数据无线采集系统设计[J]. 谢黎明,邵宽平,靳岚. 现代制造工程. 2011(09)
[3]电主轴温升测量方法的研究[J]. 谢黎明,邵宽平,靳岚,张海杰. 组合机床与自动化加工技术. 2011(02)
[4]新型抗腐蚀结构声表面波湿度传感器的研究[J]. 童筱钧,钟素娟. 传感器与微系统. 2011(01)
[5]数控机床热误差的动态自适应加权最小二乘支持矢量机建模方法[J]. 林伟青,傅建中,陈子辰,许亚洲. 机械工程学报. 2009(03)
[6]高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析[J]. 王保民,胡赤兵,孙建仁,刘洪芹. 兰州理工大学学报. 2009(01)
[7]基于红外的电主轴温升在线检测系统[J]. 徐晗,罗良玲,王超厚. 南昌大学学报(工科版). 2008(01)
[8]高速高精度数控车床主轴系统的热特性分析及热变形计算[J]. 郭策,孙庆鸿. 东南大学学报(自然科学版). 2005(02)
[9]声表面波器件在无线传感系统中的应用[J]. 韩韬,施文康. 光学精密工程. 2001(06)
[10]数控机床误差补偿研究的回顾及展望[J]. 倪军. 中国机械工程. 1997(01)
博士论文
[1]基于耦合自供电无线传感的数控机床主轴热监测方法及关键技术研究[D]. 李晟.浙江大学 2013
[2]声表面波传感器及无源胎压监测模拟试验研究[D]. 谭六喜.华中科技大学 2007
[3]数控机床热误差模态分析、测点布置及建模研究[D]. 赵海涛.上海交通大学 2006
硕士论文
[1]基于无源无线声表面波技术的机床主轴热监测系统研究与实现[D]. 曾庆辉.浙江大学 2015
[2]无线无源声表面波传感器射频收发及信号处理系统研究[D]. 叶韬.浙江大学 2015
[3]声表面波无线无源温度传感系统的优化设计[D]. 傅洋.上海交通大学 2014
[4]声表面波传感器测试电路研究[D]. 夏前亮.南京航空航天大学 2013
[5]无线无源轮胎压力和温度传感器及监测系统研究[D]. 张昊.广西工学院 2012
[6]基于马尔科夫链的电主轴无线传感监测旋转信道建模研究[D]. 霍文健.浙江大学 2012
[7]汽车胎压监测系统射频前端模块设计[D]. 李祥计.华中科技大学 2012
[8]基于无线传感技术的数控机床温度监测系统研究与实现[D]. 钱文杰.浙江大学 2011
[9]无线声表面波传感检测系统的设计研究[D]. 王学俊.浙江大学 2011
[10]TPMS中SAW传感器信号收发系统的设计与分析[D]. 贾喜国.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3159771
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 论文背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 主轴热状态监测技术研究现状
1.2.2 面向旋转机械结构监测的声表面波传感技术研究现状
1.3 论文研究内容与框架
1.3.1 论文研究内容
1.3.2 论文框架
第2章 声表面波传感技术与射频收发系统理论基础
2.1 声表面波技术及传感器概述
2.1.1 声表面波技术
2.1.2 声表面波传感器
2.2 射频收发系统概述
2.2.1 雷达、无线通信与声表面波传感通信原理
2.2.2 谐振型SAW传感器质询原理
2.3 本章小结
第3章 质询器硬件电路系统分析与设计
3.1 质询器整体电路框架设计
3.2 发射链路功能模块分析与电路设计
3.2.1 信号发生器
3.2.2 频率合成器
3.2.3 功率放大器
3.2.4 射频开关
3.3 接收链路功能模块分析与电路设计
3.3.1 混频器
3.3.2 放大器
3.4 控制器STM32F405RGT6
3.4.1 片内A/D转换模块
3.4.2 编程方式
3.5 电源模块设计
3.6 抗电磁干扰设计
3.7 电路板
3.8 本章小结
第4章 质询器电路控制程序与上位机软件开发
4.1 电路控制分析
4.2 控制器编程环境
4.3 电路控制
4.3.1 信号产生芯片AD9850控制
4.3.2 频率合成芯片ADF4350控制
4.3.3 射频开关、ADF4350及MAX7033综合控制
4.4 模数转换及数字信号处理
4.5 上位机监测软件开发
4.6 本章小结
第5章 声波面波传感主轴温度监测系统实验及分析
5.1 声波面波传感监测系统性能测试实验
5.1.1 系统通信性能实验
5.1.2 质询器测温精度检测实验
5.1.3 质询器稳定性与可靠性分析
5.2 基于声表面波传感监测系统的机床主轴温度监测实验
5.2.1 声表面波传感监测系统配置优化实验
5.2.2 声表面波传感监测系统应用于旋转主轴的温度监测实验
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]SAW无线无源技术在避雷器温度监测中的应用[J]. 郭凤仪,刘志岭,王智勇,何维涛,陈占东. 传感器与微系统. 2012(10)
[2]高速电主轴的温度数据无线采集系统设计[J]. 谢黎明,邵宽平,靳岚. 现代制造工程. 2011(09)
[3]电主轴温升测量方法的研究[J]. 谢黎明,邵宽平,靳岚,张海杰. 组合机床与自动化加工技术. 2011(02)
[4]新型抗腐蚀结构声表面波湿度传感器的研究[J]. 童筱钧,钟素娟. 传感器与微系统. 2011(01)
[5]数控机床热误差的动态自适应加权最小二乘支持矢量机建模方法[J]. 林伟青,傅建中,陈子辰,许亚洲. 机械工程学报. 2009(03)
[6]高速电主轴热态特性的ANSYS仿真分析[J]. 王保民,胡赤兵,孙建仁,刘洪芹. 兰州理工大学学报. 2009(01)
[7]基于红外的电主轴温升在线检测系统[J]. 徐晗,罗良玲,王超厚. 南昌大学学报(工科版). 2008(01)
[8]高速高精度数控车床主轴系统的热特性分析及热变形计算[J]. 郭策,孙庆鸿. 东南大学学报(自然科学版). 2005(02)
[9]声表面波器件在无线传感系统中的应用[J]. 韩韬,施文康. 光学精密工程. 2001(06)
[10]数控机床误差补偿研究的回顾及展望[J]. 倪军. 中国机械工程. 1997(01)
博士论文
[1]基于耦合自供电无线传感的数控机床主轴热监测方法及关键技术研究[D]. 李晟.浙江大学 2013
[2]声表面波传感器及无源胎压监测模拟试验研究[D]. 谭六喜.华中科技大学 2007
[3]数控机床热误差模态分析、测点布置及建模研究[D]. 赵海涛.上海交通大学 2006
硕士论文
[1]基于无源无线声表面波技术的机床主轴热监测系统研究与实现[D]. 曾庆辉.浙江大学 2015
[2]无线无源声表面波传感器射频收发及信号处理系统研究[D]. 叶韬.浙江大学 2015
[3]声表面波无线无源温度传感系统的优化设计[D]. 傅洋.上海交通大学 2014
[4]声表面波传感器测试电路研究[D]. 夏前亮.南京航空航天大学 2013
[5]无线无源轮胎压力和温度传感器及监测系统研究[D]. 张昊.广西工学院 2012
[6]基于马尔科夫链的电主轴无线传感监测旋转信道建模研究[D]. 霍文健.浙江大学 2012
[7]汽车胎压监测系统射频前端模块设计[D]. 李祥计.华中科技大学 2012
[8]基于无线传感技术的数控机床温度监测系统研究与实现[D]. 钱文杰.浙江大学 2011
[9]无线声表面波传感检测系统的设计研究[D]. 王学俊.浙江大学 2011
[10]TPMS中SAW传感器信号收发系统的设计与分析[D]. 贾喜国.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3159771
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