采用电磁力杠杆机构的力平衡式传感器

发布时间：2017-09-04 11:47

  本文关键词：采用电磁力杠杆机构的力平衡式传感器

  更多相关文章： 力传感器 电磁力 线性度 信噪比

【摘要】：力传感器在力学计量领域中具有重要地位,是质量特性参数(质量、质心、转动惯量和惯性矩)的基础。传统力传感器由于弹性敏感元件的非线性和信噪比问题,其精度难以突破0.02%。本文提出了一种采用电磁力杠杆机构的力平衡式传感器,改善传感器的非线性和信噪比问题以提高传感器精度。首先,通过对目前常用力平衡式传感器的工作原理进行分析,提出了本文研究的力平衡式传感器的工作原理及实现机制,并对传感器进行了机械结构设计,主要包括单点传感器和三点传感器的设计。其次,设计分析了用于产生电磁力的电磁铁。确定了电磁铁的结构参数,包括电磁铁结构形式的确定及线圈的设计。使用有限元软件ANSYS对电磁铁进行了仿真,初步得到电磁力与线圈电压之间的关系曲线,验证了F-U曲线的非线性。随后,对电磁铁的特性进行了分析,得出气隙和温度是影响F-U曲线非线性的主要原因,并提出采用分段线性拟合的方法解决F-U曲线的非线性问题。然后,设计了电磁力控制系统的硬件电路。采用直流斩波电路对电磁力进行控制。通过信号采集电路,利用压力传感器、温度传感器和霍尔电流传感器对传感器进行实时监测,使用TMS320F2812的EV模块产生PWM输出信号控制直流斩波电路。基于上述硬件设计了控制系统的软件,包括信号采集模块和PWM信号产生模块。最后,建立传感器实验台,进行了传感器重复性误差实验、位置误差实验及温度实验来验证传感器的静态特性。此外,对测量误差的来源进行了分析。
【关键词】：力传感器 电磁力 线性度 信噪比
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 传感器概述8-11
• 1.1.1 传感器的发展历史8-9
• 1.1.2 力传感器9-10
• 1.1.3 几种常用力传感器的比较10-11
• 1.2 力传感器的发展现状11-13
• 1.3 课题研究背景及意义13-14
• 1.4 本文主要研究内容和方法14-16
• 2 传感器原理及结构设计16-24
• 2.1 力平衡式传感器测力原理16
• 2.2 单点传感器设计16-21
• 2.2.1 单点传感器工作原理16-17
• 2.2.2 传感器机械结构设计17-21
• 2.3 三点传感器设计21-22
• 2.4 传感器特性分析22
• 2.5 本章小结22-24
• 3 电磁铁设计24-36
• 3.1 电磁铁设计基础24-26
• 3.1.1 电磁铁的结构及工作原理24
• 3.1.2 电磁铁的分类24-25
• 3.1.3 磁路计算基本定律25-26
• 3.2 直流电磁铁设计26-32
• 3.2.1 电磁铁结构形式的确定26-27
• 3.2.2 电磁铁线圈设计27-32
• 3.3 电磁铁的有限元分析32-35
• 3.3.1 有限元模型32-33
• 3.3.2 分析结果33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 4 电磁铁特性分析及电磁力线性化36-44
• 4.1 气隙对电磁铁的影响36-37
• 4.1.1 气隙对电磁力的影响36
• 4.1.2 气隙对漏磁的影响36-37
• 4.2 温度对电磁铁的影响37-41
• 4.2.1 热膨胀37
• 4.2.2 温度对线圈电阻的影响37-38
• 4.2.3 温度对电磁铁气隙的影响38-39
• 4.2.4 温度对磁极面积的影响39-40
• 4.2.5 温度对电磁力影响40-41
• 4.3 电磁力线性化41-43
• 4.3.1 常用线性化方法41-42
• 4.3.2 分段线性拟合42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 5 电磁力控制系统设计44-64
• 5.1 系统方案设计44
• 5.2 系统硬件设计44-57
• 5.2.1 信号采集电路设计44-51
• 5.2.2 主电路设计51-54
• 5.2.3 控制电路设计54-57
• 5.3 系统软件设计57-62
• 5.3.1 开发环境57
• 5.3.2 软件总体设计57
• 5.3.3 信号采集模块57-60
• 5.3.4 PWM信号产生模块60-62
• 5.4 本章小结62-64
• 6 传感器特性实验64-70
• 6.1 传感器实验台64-65
• 6.2 实验方法65-66
• 6.2.1 实验条件65
• 6.2.2 实验设计65-66
• 6.3 实验结果分析66-67
• 6.4 实验误差分析67-68
• 6.5 本章小结68-70
• 7 总结70-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-78
• 附录78
• A 攻读硕士学位期间所发表的论文78
• B 作者在攻读学位期间参与的科研项目78

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本文编号：791385