声表面波扭矩检测研究

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1、中图分类号：TN65论文编号：12870316-S035学科分类号：080402硕士学位论文声表面波扭矩检测研究研究生姓名童锐学科、专业测试计量技术及仪器研究方向声波传感与识别指导教师陈智军南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一六年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonSurfaceAcousticWaveTorqueMeasurementAThesisinAcousticWa

2、veSensingandIdentificationbyTongRuiAdvisedbyZhijunCHENSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2016承诺书本人郑重声明，所呈交的硕±学位论文，是本人在导师指导下，独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中特别加Ｗ标注和致谢么处，不包含其他人已发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

3、本人授权南京航空航天大学将该论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：韦原日期；必／心巧＇知年南京航空航天大学硕士学位论文摘要为了满足工业应用的不同需求，许多研究机构一直致力于新型扭矩传感技术的研究。声表面波技术是近些年来颇受推崇的新兴技术，由于它无源无线的特点，在温度、压力、应力、扭矩等传感方面具有独特优势。采用声表面波技术的扭矩检测已成为扭矩传感器研究的一个新方向。基于上述背景，论文对声表面波扭矩检测技术展开了

4、研究。论文首先介绍了声表面波技术用于扭矩检测的理论基础。根据声表面波扭矩传感器的特点，论文设计了扭矩转轴，并采用COMSOL软件，对扭矩转轴上粘贴传感器的工作平面上应力应变进行了有限元仿真。在此基础上，论文进行了谐振器型声表面波扭矩检测的机理研究。扭矩导致转轴应变的变化，转轴上的应变传递到声表面波传感器，导致压电基底产生相应的初始应力应变。分析了在初始应力应变影响下的弹性波波动方程、弹性常数、密度的变化，建立了声表面波扭矩传感模型。基于该模型，以石英作为压电基底材料，仿真优化了不同欧拉角切型的声表面波扭矩传感器的扭矩灵敏度、机电耦合系数和频率温度

5、系数等参数，为传感器的设计和制作提供了理论依据。根据声表面波扭矩传感器切型优化的结果，设计了两种不同谐振频率的扭矩传感器，优化设计了叉指换能器、反射栅的相应参数。为实现扭矩的无线传感，论文仿真设计并制作了可用于转轴的PCB环状天线，并利用网络分析仪对其性能进行了测试。根据测试结果，进一步对环状天线进行了阻抗匹配的仿真优化，最终设计出了性能满足要求的环状天线。论文最后搭建了扭矩实验平台。根据声表面波传感器制作单位的实际情况和现有切型，采用欧拉角为（118°，108°，4°）的石英作为声表面波传感器的压电基底，然后对传感器进行了有线和无线测试。通过有

6、线的扭矩测试结果表明，声表面波传感器具有良好的线性度和重复性，实验测得扭矩灵敏度与理论值相比较小，据此分析了相应原因。在无线测试方面，通过分析扭矩传感器的回波信号的特点，设计了阅读器信号处理算法。将阅读器连接环状天线，对连接棒状天线的扭矩传感器进行了无线测试，验证了声表面波技术用于扭矩无线检测的可行性。关键词：声表面波，欧拉角切型优化，扭矩传感，环状天线，谐振器I声表面波扭矩检测研究ABSTRACTInordertomeetthedifferentneedsofindustrialapplications,alotofresearchinstit

7、utionshavebeenworkingontheresearchofnewtorquesensingtechnology.Surfaceacousticwavetechnologyispopularandemergingtechnologyinrecentyears,duetoitspassiveandwirelesscharacteristics,ithasuniqueadvantagesinsensingfortemperature,pressure,,stress,torqueandsoon.Hence,thetorquemeasure

8、mentbasedonsurfaceacousticwavetechnologyisbecominganewdirectionoftor