胎压转速多参量检测装置设计与振动特性分析

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本世纪以来,传感器应用技术发展迅速,其在宇宙探测、深海探测、深地探测等科学研究、医学器械交通运输工具智慧生活等领域的应用越来越广泛。压电式传感器,因可以将机械能转换为电能,因此可实现能量转换能耗低,且结构简单。目前压电材料应用于胎压传感器的研究工作主要针对压电式自发电悬臂梁发电能力研究,作为供电元件考虑,作为胎压传感器传感原件使用的研究较少,针对一个结构即可转速测量和胎压监测的多参量传感器研究较少。磁力可以实现非接触传递载荷。本文针对以上问题提出了一种基于悬臂梁结构的压电式多参量胎压转速传感器,可实现一个结构测量两个参量,本文主要工作设计了传感器结构,通过实验研究了传感器的输出灵敏度,提出了传感器加速度干扰去除方法并验证了有效性。首先设计了一种基于悬臂梁结构的压电式多参量胎压转速传感器。传感器悬臂梁一端安装磁块,在轮胎对应位置安装另一磁块,利用磁块间磁力传递载荷,外载荷施加于悬臂梁产生应变,压电材料应变产生电荷。利用压电方程结合欧拉伯努利梁理论建立了传感器的输出数学模型。根据有限元方法计算了磁块间的磁力,并推导了磁力和X距离关系。然后利用仿真软件,对压电式多参量传感器进行静力学仿真,验证传感器输出与输入外力关系,并根据材料强度确定许用载荷。根据输出特性和自然振动规律,通过仿真优化了悬臂梁几何参数。利用仿真模拟了传感器频谱图,确定了一阶固有频率对工作频率影响最大。因此据仿真结果确定传感器的几何参数。最后,设计并搭建了传感器实验平台,设计了胎压转速模拟装置,设计传感器测试电路。进行静力测试,标定了传感器悬臂梁挠度和外力的关系,标定胎压模拟装置X进给和悬臂梁的挠度的关系,导出磁力和X的关系。实验测试了并获得传感器频谱图,获得传感器的自然振动一阶自然频率。通过在不同转速下分别调整轮胎模拟装置X进给,获得了不同转速时轮胎压力变化作用下的传感器输出灵敏度。测试传感器转速参量的检测。设计传感器在加速度作用下的胎压和转速参量影响实验,并提出如何消除加速度影响。综上,本文研究传感器多个参量实现方法,从压电式多参量传感器工作原理,结构设计,仿真分析,实验测试等方面开展了传感器的初步研究工作。
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