预应力梁结构压力传感器设计与特性研究

发布时间：2023-05-06 17:32

　　压力传感器是常见的一种物理传感器,广泛应用于航空航天,机械船舶,桥梁建筑等领域。谐振式压力传感器作为典型的高精度压力传感器,利用谐振子受力变形后频率变化反应压力大小,这种基于机械特性的测量原理使谐振式传感器具有更高的稳定性和可靠性。为进一步提高谐振式压力传感器的灵敏度,本文提出一种基于预应力效应的新型谐振式压力传感器结构,分析传感器预应力特性和振动特性,确定以预应力改变谐振子刚度提高灵敏度的方法,最后进行试验验证,证明压力灵敏度提高了3.2倍。本文研究的技术方案如下:1、基于梁的预应力效应分析提出带磁铁的三根双端固定耦合梁谐振子结构。根据欧拉-伯努利梁变形理论和多自由度系统的振动原理,得到该谐振子结构的振动特性和振动模态。在对梁施加集中预应力载荷后,结合弯曲变形和超静定理论分析了在预应力作用下谐振子固有频率的表达形式。在施加压力后得到固有频率和压力灵敏度均随预应力的施加而增加的关系。2、优化设计传感器尺寸结构,建立预应力施加与压力灵敏度的关系。利用有限元软件仿真分析了谐振梁长度、厚度、耦合部分比例等参数与谐振频率的关系,优化设计了谐振子的结构尺寸。对预应力施加方式和范围进行研究,证明了...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 压力传感器
        1.2.1 电容压力传感器
        1.2.2 压阻压力传感器
        1.2.3 压电压力传感器
    1.3 谐振式传感器
        1.3.1 谐振式传感器分类及原理
        1.3.2 谐振压力传感器介绍
    1.4 预应力原理及应用
        1.4.1 预应力技术概况
        1.4.2 预应力效应
    1.5 论文内容
第2章 压力传感理论与预应力效应分析
    2.1 谐振式压力传感器总体设计
    2.2 振动模型建立与谐振理论分析
    2.3 预应力效应理论分析
    2.4 振动模态分析
    2.5 压力薄膜设计
    2.6 灵敏度分析
    2.7 本章小结
第3章 压力传感结构设计与仿真
    3.1 结构尺寸设计
        3.1.1 材料与梁结构设计
        3.1.2 耦合部分设计
    3.2 振动仿真
    3.3 压电激励与拾振
    3.4 预应力效应分析与优化
        3.4.1 磁铁力计算
        3.4.2 预应力振动仿真
        3.4.3 灵敏度仿真与优化
    3.5 本章小结
第4章 预应力压力传感结构制作与性能测试
    4.1 微机械加工技术简介
    4.2 实验原理与测试平台
        4.2.1 预应力谐振式传感结构
        4.2.2 测试系统及主要设备
    4.3 谐振式压力传感器特性试验
        4.3.1 压力传感器振动特性
        4.3.2 压力传感器非线性振动特性
    4.4 预应力结构压力灵敏度测试
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
参考文献
作者简介及科研成果
    作者简介
    科研成果
    参与项目
致谢



本文编号：3809327