基于光纤光栅的扭矩传感器

为了实现恶劣条件下对扭矩的精确稳定测量,设计并实现了一种新型的基于光纤光栅的扭矩传感器。为克服扭矩测量系统易受外界影响的缺点,设计了光纤光栅全桥光路,实现了温度和弯矩的自动补偿。通过扭矩标准装置加载试验和水下环境加载试验分别测试了其测量精确度以及水下工作性能。结果表明,该光纤光栅扭矩传感器的最大非线性误差、重复性以及水下工作稳定性均达到0.1%以内,说明该传感器不但具有良好的测量精度,而且能够在船用环境等恶劣扭矩测量条件下较好地工作。研究结果为船用环境中扭矩测量的研究与应用提供了重要参考。     

基于声表面波技术的无线无源扭矩测量系统研究与实现

针对转轴扭矩测量问题,基于声表面波技术,开发无线无源的声表面波扭矩测量系统。在分析了声表面波扭矩测量的敏感机理和理论模型的基础上,设计了改进Hiccup结构的单端口谐振器,使谐振器的理论空载Q值达到14000左右。设计了声表面波信号无线获取和处理系统,制作了完整的系统样机。实际测试结果表明,所设计传感器的灵敏度达到3.968kHZ/Nm,与理论计算结果高度吻合。在1000Nm量程范围,测量系统的最大非线性、重复性误差约为0.5%FS。     

微小扭矩校准用电磁力矩器

微小扭矩校准技术在精密控制、航天等领域具有十分重要的意义，目前使用电磁力矩器用于等臂法产生扭矩的校准技术，在精度、稳定、微型化等方面仍然具有一定的挑战性。本文研制了一种用于高精度动态微小扭矩校准的电磁力矩器，用于微小精密等臂法专用微小扭矩校准系统。首先，采用音圈电机、挠性支承、等臂梁构造了力矩器；然后，基于有限元分析进行了气隙磁场的设计，优化了音圈绕组参数。最后进行了扭矩加载测试，利用砝码进行了力矩的标定，电磁力矩器的扭矩载荷范围为(5-500)μN·m，噪声当量力矩为0.2μN·m (-28dB)，满足校准需求。     

固溶温度对弹性体材料组织和性能的影响

对力学传感器弹性体材料05Cr17Ni4Cu4Nb在热轧态及不同固溶温度下进行加热,水冷480℃时效后的组织和力学性能进行了分析。结果表明：热轧态05Cr17Ni4Cu4Nb钢具有较高的力学性能,抗拉强度为1 288 MPa,屈服强度为1 118 MPa,硬度为38 HRC～40 HRC,塑性指标较低,热轧480℃时效可以提高试验材料的强韧性;热轧态05Cr17Ni4Cu4Nb钢组织为马氏体、残余奥氏体和少量的δ-铁素体,05Cr17Ni4Cu4Nb弹性体材料强韧性较好的固溶温度为1 040℃,在该温度加热后进行水冷480℃时效处理,试验材料获得的抗拉强度为1 326.0 MPa,屈服强度为1 272 MPa,延伸率为15%,断面收缩率为60.5%,硬度为43 HRC,冲击功为57 J;不同温度固溶处理480℃时效后,试验材料的组织为回火马氏体、残余奥氏体和富铜相及碳化物相。     

金属转轴无线感应供电系统传输功率分析与结构优化

金属转轴扭矩、功率和形变等参数的在线检测在船舶等领域具有广泛的工程应用背景,对旋转机构的供电问题是影响检测可靠性和实用性的关键。传统的滑环和电池供电方式存在可靠性和寿命上的局限性。本文设计了一种用于金属转轴的侧置式感应供电系统,建立了磁场耦合单元的有限元分析模型,分析了互感耦合参数对系统传输功率和效率的影响,得出了在不同谐振拓扑结构下以最大传输功率为目标的最佳互感耦合参数,包括最佳的原副边线圈电感值及其比例等等关系,以及金属转轴与磁芯间距离。进一步分析了通过磁屏蔽技术和改进原边线圈绕制方式来提高金属转轴感应供电系统能量传输效率的可行性。最后通过实验验证了本文设计和分析方法的准确性和有效性。     

舰船轴系扭振测量及校准研究综述

扭振是舰船传动系统的关键参数之一，直接表征了轴系运转的稳定性和可靠性，对及时发现并消除轴系故障具有重要意义。随着舰船轴系扭振测试需求逐渐由离线分析向长期在线监测发展，对扭振量值的准确性要求愈来愈高。本文综述了当前扭振测试的方法以及误差消除、信号校正等提高测量精度的方法，指出了当前扭振测量方法与实际需求的差距，并比较了电子式校准和机械式校准两种校准方式的优缺点及适用范围，展望了舰船扭振测量校准的发展方向。     

5kNm卧式参考式扭矩标准装置研制

介绍了5 kN?m卧式参考式扭矩标准装置的结构形式和组成，并详细描述了装置的结构、扭矩加载系统以及装置的超限保护机构的研究过程和研究成果，所建成的装置的扩展不确定度Urel=0.05%（包含因子k=2）。     

法兰式扭矩传感器元件结构的参数影响仿真

针对20k N·m法兰式扭矩传感器，应用ANSYS仿真软件对3J58、40Cr、17-4PH、65Mn材料的弹性元件进行静力学仿真研究。通过静力学仿真，研究不同材料条件下弹性元件结构尺寸对贴片区域应力和应变分布的影响。研究表明，在相同结构条件下，材料17-4PH弹性元件对扭矩有更高的灵敏度。通过对仿真结果进行分析，获得不同材料条件下满足设计要求的弹性元件结构尺寸范围，这对20 k N·m扭矩传感器设计的选材和结构尺寸确定具有指导意义。     

支承技术在扭矩标准装置中的应用

从扭矩标准装置的基本结构和工作原理出发，介绍了支承在扭矩标准装置中的重要作用。通过对目前高精度扭矩标准装置常用支承技术即刀口支承、气体支承的应用现状及特点比较，提出了一种新的支承技术，即挠性支承。挠性支承与刀口支承相比，具有无摩擦、扭转中心稳定、高灵敏度的特点。与气体支承相比，结构简单、低成本，如果合理设计可以达到较高的承载力。因而把挠性支承应用于扭矩标准装置作为杠杆力臂的支撑、旋转部件具有更好的应用前景。可满足船舶行业对扭矩标准装置高承载、高灵敏度的需求，应用于航空、航天系统可满足其对扭矩校准小量程、高分辨力的要求。     

具有温度自补偿功能的光纤光栅传感器结构研制

长周期光纤光栅在拉紧的状态下粘贴在材料为铜和树脂玻璃的衬底材料上,利用材料受热膨胀引起的应变变化原理补偿温度漂移,设计了一种无源温度补偿技术。结果表明,未补偿的光纤光栅的温度灵敏度为118pm/℃左右,安装在铜制衬底上时为78pm/℃左右,而安装在树脂玻璃衬底时光纤光栅透射光谱的波形将发生改变。试验证明选择合适衬底材料可改善长周期光纤光栅波长的温度稳定性,该技术可运用于船舶进行关键参数的工程测量。