1. 简介.......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................1 2. 传感器....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................3 2. 1 可变电阻传感器....................................................................................................................................................................................................................................................................3 2. 1 可变电阻传感器....................................................................................................................................................................................................................................................................3 2. 1. 1 电位计压力传感器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.2.1 表压隔膜压力传感器..................................................................................................................................6 2.1.2.2 悬臂式传感器..................................................................................................................................................8 2.1.2.3 压力容器传感器..................................................................................................................................................................9 2.1.2.4 嵌入式应变计传感器..................................................................................................................................................9 9 2.1.2.5 非粘结应变计压力传感器....................................................................................................................10 2.1.2.6 10 2.2 可变磁阻压力传感器....................................................................................................................................11 2.2.1 膜片式可变磁阻传感器....................................................................................................................................11 2.2.2 波登管可变磁阻压力传感器....................................................................................................................................12 2.2.3 线性可变差动变压器 (LVDT) 型传感器... . . . . . 13 2.2.4 可变磁阻压力传感器的一般性能 . . . . . . . 13 2 . 3 可变电容压力传感器
第 1 章(传感器和数据采集)首先介绍了充分了解服务载荷/应力以及如何测量这些载荷/应力的重要性。服务载荷对疲劳分析的结果有显著影响,因此需要准确测量实际服务载荷。本章的大部分内容集中于应变计作为准确测量应变/应力的传感器,这是疲劳寿命分析的最重要预测指标。还介绍了各种识别高应力区域的方法,从而介绍了应变计在测试部分中的放置位置。包括温度测量、单位时间内的温度循环次数和温升率。包括以下内容是为了引起人们的注意,疲劳寿命预测既基于使用寿命期间给定应力水平下的循环次数,也基于服务环境。还介绍了基本的数据采集和分析技术。
第一篇涉及作者对焊接支架试件疲劳试验的描述。他们报告说,试验表现出意想不到的行为,即试件在裂纹穿透厚度之前突然失效,并且根据试件边缘附近裂纹平面的应变计测量,净截面应力估计低于或非常接近屈服强度。对试件配置的检查表明,当支架焊接在缺口对面时,无论使用何种类型或厚度的材料,都会出现这种行为。裂纹似乎不太可能围绕相对较厚的焊接支架扩展,从而穿透另一侧,然后才扩展到主受拉构件的净截面足够远,从而因净截面屈服而失效。虽然参考的应变计测量结果表明破坏应力低于屈服应力,但根据本文图15 和提供的总应力数据对剩余净截面应力进行简单计算,结果表明实际净截面应力远高于屈服强度,可能超过 30 ksi。对样本配置进行更详细的有限元分析证实了这一结论。应变计测量结果似乎与其他信息不一致,可能是因为它们的位置或测量能力。
1971 年之前,西科斯基飞机公司分析直升机结构的主要方法是通常的材料强度方法。进行了半经验校正以解释复杂的切口或应力集中区域。对于一些冗余结构区域,在有限的程度上采用了弹性能量法,但主要用作高应力部件的应力检查。在 20 世纪 60 年代,机身广泛使用应变计(使用了大约一千个应变计)来将应力分析与测试结果关联起来。这项相关性研究表明,如果使用更准确的分析方法来预测内部载荷路径,可以实现显著的重量减轻。因此,使用力法重新分析机身类型结构,并获得了明显改善的相关性。但主要的问题是无法利用这种改进的方法及时进行结构设计。
特性 类型 8306 深度额定值 3,000 m 工作频率 MF (20–34 kHz) 换能器波束形状 定向/全向 发射源级别 (dB re 1 µPa @ 1 m) 190–202/187–196 dB 接收灵敏度 (dB re 1 µPa) <85 dB 通信 声学调制解调器和蓝牙无线 电池寿命 (锂电池) 典型 10 年,(504 Ah) (取决于传感器和采样间隔) 机械结构 玻璃球、双层不锈钢防护罩、PVC 外壳和钛合金端口 工作温度 -5 至 +35°C 存储温度 带电池 0 至 +30°C 不带电池 -5 至 +35°C 重量 带支架 145 kg 不带支架 62 kg 水中重量 带支架 830 N 不带支架 25 N (负浮力) 传感器和选项 AZA 现场自校准机制 标准 高精度温度传感器(±0.015°C) 标准 传递压力传感器 石英, (±0.01%) 标准 第二石英 选配 环境压力传感器 应变计, (±0.01%) 标准 应变计, (±0.19%) 选配 低量程压力传感器 (应变计, 2 bar (±0.01%)) 标准 声速传感器 校准条件下精度为 ±0.02 m/s
风洞测试中使用内部力或刺天平来测量施加在空气动力学结构上的总力和力矩。刺天平通过应变计将外部施加的负载的应变转换为电压信号。准确的测量设备在风洞测试中至关重要,本论文关注的是校准这种测量设备,以用于风洞中的微型飞行器。发现校准矩阵将天平的电压输出转换为力和力矩数据。将已知负载施加到弦式天平的不同通道,并使用定制程序读取和后处理负载下天平中应变计产生的电压。然后找到电压和负载之间的关系,并用它来生成校准矩阵。然后将校准矩阵输入到不同的程序中,通过施加已知负载作为参考,并将测量的力与参考进行比较,以测试天平的准确性和分辨率。
本文介绍了一种用于小型折臂起重机状态监测的数字孪生实现新方法。起重机的数字孪生在非线性有限元 (FE) 程序中实时模拟,其中估计的有效载荷重量用作输入。我们实施了一种基于物理应变计测量的重量及其力矢量方向估计的逆方法。使用额外的应变计来验证数字孪生和逆方法的准确性。基于一些物理传感器输出,数字孪生可以实时确定无限数量的热点处的应力、应变和负载。因此,数字孪生可以成为预测性维护和产品生命周期管理的有效工具。此外,在重物作业期间对起重机的状态进行监测可以提高安全性和可靠性。所提出的方法以通用方式描述,适用于行业中使用的各种机器人操纵器。
1971 年之前,西科斯基飞机公司分析直升机结构的主要方法是通常的材料强度法。进行了半经验校正以解释复杂的切口或应力集中区域。对于一些冗余结构区域,在有限的程度上采用了弹性能量法,但主要用作高应力部件的应力检查。在 20 世纪 60 年代,机身广泛使用应变计(使用了大约一千个应变计)来将应力分析与测试结果关联起来。这项相关性研究表明,如果使用更准确的分析方法来预测内部载荷路径,可以实现显著的重量减轻。因此,使用力法重新分析机身型结构,并获得了明显改善的相关性。但主要的问题是无法利用这种改进的方法及时进行结构设计。
采用 MEMS 技术制造的压阻式冲击加速度计具有低功耗,同时在加速度水平大于 50 kg 时仍可提供 +/- 200 mV 满量程输出。加速度计与用于调节应变计全桥的同类型 4 线电路在电气上兼容,并且由于它们的输出比应变计大得多,因此对信号放大的要求大大降低。与机械隔离的 ICP ® 加速度计相比,它们具有更宽的工作温度范围。它们的频率响应(取决于型号)可以从 DC(0 Hz)均匀地达到高达 20 kHz 的值。为了减轻其共振频率被激发时的响应严重性,它们采用了挤压膜阻尼,实现了临界值的 0.02 到 0.06。这些阻尼值远高于传统 MEMS 加速度计中的阻尼值。由于硅是一种脆性材料,因此还采用了超量程止动装置以最大限度地减少传感元件的破损,然后将传感元件密封在密封封装中。在相当的 G 级下,MEMS 技术可以使单个加速度计实现最小的封装尺寸。
采用 MEMS 技术制造的四线全桥压阻式冲击加速度计具有低功耗,同时在加速度水平大于 50 kg 时仍可提供 +/- 200 mV 满量程输出。加速度计与用于调节应变计全桥的同类型四线电路在电气上兼容,并且由于它们的输出比应变计大得多,因此对信号放大的要求大大降低。与机械隔离的 ICP ® 加速度计相比,它们具有更宽的工作温度范围。它们的频率响应(取决于型号)可以从 DC(0 Hz)均匀分布到高达 20 kHz 的值。为了减轻激发其共振频率时的响应严重性,它们结合了挤压膜阻尼,实现了临界值的 0.02 到 0.06。这些阻尼值比传统 MEMS 加速度计中的阻尼值高得多。由于硅是一种易碎材料,因此还采用了超量程止动装置,以尽量减少传感元件的损坏,然后将传感元件密封在密封封装内。在相当的 G 级下,MEMS 技术能够使单个加速度计实现最小的封装尺寸。