磁致伸缩传感器性能及关键技术指标测试与分析毕业设计答辩.ppt

毕业设计题目：磁致伸缩传感器性能及关键技术指标测试与分析,姓 名： 郭文峰 学 号： 11090113 指导老师： 郝晓曦 日 期：2015年5月20日,论文目录,第1章 绪论 第2章 磁致伸缩传感器工作原理 第3章 磁致伸缩传感器测试方案设计 第4章 基于压电簿膜的新测试模型 第5章 对比分析实验结果 第6章 总结与展望,该毕业设计题目来源,本课题来自企业项目，也是老师科研项目。磁致伸缩传感器是国外一种新型位移传感器，这种传感器精度高、测量适用性广泛，然而在国内对这种传感器的研究相对不够成熟，本课题针对MTL浮球式磁致伸缩位移传感器，通过设计测试方案，分析出传感器的关键性能指标。,本论文的研究内容,研究对象：MTL浮球式磁致伸缩位移传感器外观,传感器详细结构,该传感器的结构主要包括：波导丝、检测线圈、带磁浮球、防护套管、末端阻尼、回路导线等主要部分。,传感器测量原理步骤,激励信号模块设计,激励方案一：NE555模块,实验结果,激励信号模块设计,激励方案二：STC89C52单片机,实验结果,激励信号模块设计,激励方案三：STM32芯片,实验结果,最终拟采用方案三。通过程序设计，将STM32设计成信号周期及脉宽可调，通过4个物理按钮调节，并能在数码管上显示,激励信号模块设计,激励信号放大模块,激励波导丝需要一个窄脉宽、高幅值的脉冲信号，现拟采用L298N模块，将STM32发射的脉冲信号幅值放大,L289N信号放大模块,在波导丝的感应线圈中，采集到的回波信号十分微弱，设计了一个二级放大电路。由两块AD812运算放大器串联而成。,回波信号放大电路,缺实物图,在进行传感器的基本实验，先用示波器显示回波信号,回波信号显示,测试系统组成,实物接线图,1磁致伸缩传感器、2二级放大电路、3 STM32芯片、4 L298N、5 示波器、6 供电电源,选择合适的激励脉冲信号,经理论计算激励脉冲信号周期在1000ms以内，脉宽在 为最佳激励信号 本设计采用控制变量法，脉冲周期为1ms、50ms、100ms、200ms、800ms及脉宽为 2 、10 、20 共15种激励信号做实 验，寻找最佳的激励信号。,第一组实验,激励脉冲信号为周期1ms，脉宽2,带磁浮球位于量程最左端,带磁浮球位于量程最右端,激励脉冲信号为周期1ms，脉宽10,第六组实验,带磁浮球位于量程最左端,带磁浮球位于量程最右端,经十五组实验后总结规律如下：,在1000 ms以内的周期,周期变化对回波信号检测影响 不大； 小球从始端移动到末端,检测到回波信号的变化(回波 波峰的移动)大概为50 ； 激励脉冲为2 的脉宽时，回波信号的噪声较小，可 明显看出波峰的移动。 由以上实验最终确定后续实验波导丝的激励脉冲信号为周 期100 ms，脉宽为2 。,以上为对原传感器的实验研究，下面介绍新的测试模型。,PVDF压电簿膜的优点及选用,压电簿膜优点,压电簿膜工作原理（略） 压电簿膜优点： 其质量轻，体积小，结构简单，与各种结构有着良好的兼容性，对用于被测试的结构影响小，方便将其制成传感元件平铺在测试结构的表面。 压电系数高，可以感受极小的机械应变，在处理采集时变化明显 压电簿膜的具有良好的韧性，可以适应恶劣的工作环境 在动态监测方面表面极其优越的响应，适合于测量冲击载荷 频率范围宽 压电簿膜成本低，且更换容易，互换性好,选用压电簿膜作为敏感原件,由原传感器工作原理可知，在测量过程中，波导丝会发生机械应变产生扭转波，故提出猜想，选用压电簿膜来感受该机械应变，采集扭转波信号,压电簿膜粘贴工艺,纸巾擦拭波导丝表面在波导丝粘贴处用丙酮清洗剂清洗用纱布打磨波导丝使表面光滑待丙酮挥发用502粘贴剂粘贴压电簿膜,压电簿膜监测系统,方案一,方案二,电荷放大器,两个放大方案对比,搭建新模型的测试系统,测试原理： 方案一：对原传感器进行改造 方案二：脱离原传感器自行搭建系统,测试系统方案一,1 磁致伸缩传感器、2 PVDF压电簿膜、3 L298N、 4 AD卡、5 STM32芯片、6 二级放大电路,测试系统方案二,1 STM32芯片、2 夹持机构和带磁浮球、3 波导丝、 4 L298N、5 PVDF压电簿膜、6 二级放大电路,方案二系统运行实验,两个方案运行后作比较,选择合适的激励信号,重复3.6节实验方法，选择合适的激励信号。,从42个实验中选取几个实验作对比,周期1ms，脉宽5,从42个实验中选取几个实验作对比,周期10ms，脉宽2,从42个实验中选取几个实验作对比,周期10ms，脉宽10,从42个实验中选取几个实验作对比,周期10ms，脉宽20,最终确定用周期为20ms，脉宽为2 的激励信号，来进行标定实验。,标定实验,标定实验,采样率10kHz,采集时间15s,标定结果,从8.00cm到21.30cm处时间间隔都一样1600个点，从实验结果猜想，10kHz采样率不够高，分辨不了时间间隔。,标定结果分析,提高采样率的标定实验,标定实验示例（50kHz）,（a）8.00cm处,（b）21.30cm处,标定实验示例（1000kHz）,（a）8.00cm处,（b）21.30cm处,实验结果,1050kHz采样率实验结果,8.00cm处的时间间隔,21.30cm处的时间间隔,采用检测线圈的对比实验（1050kHz）,8.00cm处,采用检测线圈的对比实验（1050kHz）,21.30cm处,采样实验小结,由采用检测线圈的实验结果可看出，在1050kHz采集率下，采用相同的发射脉冲信号，线圈区别不出8.00cm处和21.30cm处的时间间隔。而用压电簿膜可以区分两处的时间间隔。,毕业设计总结,1.成功地设计了一套激发传感器的实验方法，并能成功采集回波信号进行分析。 2.提出了新的模型即用PVDF压电簿膜来采集回波信号，并验证了该模型的可行性，且能与原传感器进行对比实验。 3.基于现有的实验条件，在1050kHz的采集率，用压电簿膜能够在传感器行程的两端区分出时间差0.95s，而用检测线圈采集信号区分不出时间差。,展望,时间有限，项目未完全进行。由于实验室的采集卡最高可支持1050kHz的采样率，尚不能满足本设计的要求，1050kHz太低，致使标定实验不能圆满进行，辨别不出更高数量级的时间差。如若硬件设备可以支持，可以进行后续的实验，得出更准确的性能指标参数