三维海流传感器标定系统中微力加载装置的研究

摘要

海洋科学的发展给海流传感器提出了新的要求,可测微小上升流的海流传感器的重要性越来越突出,为了解决其标定中需加载μΝ级微力这一难题,本论文在国家自然科学基金项目“可测上升流的三维瞬时海流传感器的研究”的资助下,研究三维海流传感器标定系统中的微力加载装置。
　　本文首先简单介绍了待标定的三维海流传感器及其标定系统,对标定系统中的微力加载装置进行了优化设计,设计出一种等厚度的对称差动式的微力加载装置,利用柔性铰链传递力和位移,运用二级杠杆缩小现有的砝码力;设计出了装置的整体装配图,并对装置的柔性铰链、材料及加工方法进行了选择;对简化的装置模型进行理论分析后,运用MATLAB软件计算出了装置的理论力缩小倍数;建立微力加载装置的有限元模型,运用ANSYS软件对装置进行静力学分析,分析了装置输出微力的两种方法;对微力加载装置进行动力学分析,分析装置的固有频率及振型,并在此基础上提出了提高装置固有频率的措施。
　　最后,本文进行了基于ANSYS的两次正交试验,第一次试验确定了各个因素对装置工作时能量损耗的影响程度;第二次正交试验分别考虑支撑铰链与连接铰链,并且综合考虑装置的静态与动态特性,选出了一组最佳参数组合。对优化后的微力加载装置再次分析,结果表明:最终确定的微力加载装置不仅能够加载μΝ级精度的微力,而且量程大,满足三维海流传感器标定的要求。

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第一章 绪论

1.1 海洋科学的发展及研究意义

1.2 海流测量技术的发展现状

1.3 传感器标定的发展现状

1.4 本论文研究目的及主要研究内容

第二章 标定系统规划及微力加载装置设计

2.1 引言

2.2 三维海流传感器标定系统规划

2.3 微力加载装置的设计

2.4 微力加载装置的材料选择

2.5 微力加载装置的加工方法

2.6 本章小结

第三章 微力加载装置的静力学分析

3.1 引言

3.2 微力加载装置的力学计算

3.3 有限单元法概述

3.4 微力加载装置有限元模型的建立

3.5 微力加载装置在重力场下的分析

3.6 微力加载装置两种工作方式的分析

3.7 本章小结

第四章 微力加载装置的动力学分析

4.1 引言

4.2 动力学分析概述

4.3 微力加载装置的模态分析

4.4 改变参数后的微力加载装置固有频率的分析

4.5 本章小结

第五章 微力加载装置的结构参数优化

5.1 引言

5.2 优化方案的选择

5.3 基于ANSYS的正交试验优化

5.4 优化后微力加载装置的分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况