大拉力大扭矩测试传感系统的研制

摘要

随着传感器技术的发展和检测技术要求的提高，模拟现场工况对石油井下工具整机性能进行检测成为现在的一种趋势。拉压旋扭试验装置就是为实现这种检验方式而设计制造的，大拉力大扭传感器是该装置的关键部位，为解决该传感器的设计制造问题，本论文采用应变式测量技术和无线电技术相结合的方式，对大拉力大扭矩传感器进行了研究。 首先，在广泛调研和查阅相关资料的基础上，分析了国内外拉压力、扭矩传感器的研究现状和目前存在的问题。其中应变式传感器技术比较成熟，测量数据比较可靠，因此将该传感器设计成为应变式传感器。同时采用有限元分析方法对该传感器的结构进行了分析研究，确定了该传感器的机械结构和贴片位置。其次，对传统的应变式拉压力、扭矩测量技术进行了改进，利用V/F变换电路将模拟信号直接转换为抗干扰能力较强的方波频率信号；利用MC2833和MC3362无线数据通信芯片设计了一套数字调频式无线通信电路，实现了测量信号无线传输；同时，为解决旋转信号无线传输中，因发射源转动造成的信号传输盲区问题，设计了一种新型环形缝隙阵列天线，并对该天线的空间辐射特性进行理论推导，建立起一种适于旋转体信号全向传输的通信模型。再次，利用AT89C2501单片机和MAX232串行口电平转换芯片设计了仪表显示电路。PC机从仪表串行口读取显示数据。最后，在信号提取中，采用VC++编制了一套数据采集程序，实现了测量信号的实时采集和处理功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2论文背景及本文主要工作

1.3论文的意义

1.4测力传感器和扭矩传感器的基本原理及分类

1.5大拉力大扭矩测试传感系统的构成

第二章大拉力大扭矩传感器的结构设计及力学分析

2.1常见电阻应变式力传感器的弹性体结构形式

2.1.1拉压式力传感器

2.1.2剪切式力传感器

2.1.3扭力传感器

2.1.4多分力传感器

2.2大拉力大扭矩传感器的结构设计

2.2.1弹性体材料的选择

2.2.2结构设计

2.2.3用有限元分析软件进行力学分析

第三章数字调频式无线发射/接收电路的设计

3.1无线数字调频的工作原理

3.2前置放大及频率变换电路

3.2.1模拟放大电路

3.2.2频率变换电路

3.3 MC2833发射电路

3.3.1 MC2833的内部结构及主要技术指标

3.3.2高频Y参数

3.3.3应用电路

3.4 MC3362接收电路

3.4.1 MC3362的内部结构及主要技术指标

3.4.2 MC3362的工作过程

3.4.3应用电路

3.5波形整形电路

3.6环形缝隙阵列天线

3.7本章小结

第四章仪表显示电路的设计

4.1 AT89C2051芯片

4.2 MAX232芯片

4.3仪表显示电路

第五章数据采集及处理软件的设计

5.1数据采集及处理程序

5.2本章小结

第六章结论

6.1结论

6.2系统存在的问题及进一步的工作

致谢

参考文献

攻读学位期间所发表的论文