吴涛涛开题报告.doc

上海工程技术大学毕业设计(毕业论文)开题报告学院电子电气工程学院专业自动化班级学号 0212091 021209135 学生吴涛涛指导教师赵春锋题目声表面波扭矩传感器关键技术的研究任务规定进行日期自 2013 年2月 25 日起,至 2013 年6月 25 日止一、引言扭矩是旋转动力机械的重要工作参数,在扭矩作用下,机械构件将产生一定程度的扭转变形,所以扭矩测量具有非常广泛的应用,是各种机械产品的开发研究、测试分析、质量检验、工况监测、故障诊断和节能、安全或优化控制等工作中必不可少的内容。随着现代科学技术的迅猛发展,扭矩测量技术已充分引起人们的重视,成为测试技术的一个新分支。目前,国内外扭矩测量所应用的方法绝大多数是传递法。即传递扭矩时弹性元件的物理参数会发生某种程度的变化,利用这种变化与扭矩的对应关系来测量扭矩。按照不同的物理参数,可将传递法进一步划分为磁弹性式、应变式、光电式、磁电式、电容式、光纤式、声表面波( SAW )式等多种扭矩测量方法。国内外研制和开发的扭矩传感器种类很多,按照扭矩传感器弹性元件的变形几何参数、物理参数和静力学关系,扭矩测量主要有应变型、磁弹性型、转角型三种,应变型传感器是日前国内外使用最多的一种扭矩传感器。它采用在旋转轴表面贴应变片的传统方法,利用适当的电路取得信号,然后进行分析处理。此种传感器广泛使用在静态和低速旋转系统的扭矩测量上,测量精度可达 %FS, 量程范围可覆盖所有需求,声表面波扭矩传感器属于其中一类。表面波是在压电基片材料表面上产生并传播、且其振幅随着深入基片材料的深度增加而迅速减少的一种弹性波。在声表面波的传播路径上以某种方式(施加机械应力或电场, 或通过沉积的化学界面吸收膜的吸附等)调制声表面波,产生可以探测的声表面波传播特性的变化,便可构成各种 SAW 传感器。图1 用电探针观测到的压电晶体表面的声表面波传播 1855 年,英国物理学家瑞利(Railey )根据对地震波的研究,从理论上阐明了在弹性固体内除存在纵波和剪切波外,还可能存在一种波,这种弹性波沿半无限固体表面传播,称为瑞利波或声表面波( Acoustic Wave )。1965 年,美国的 White 等人利用叉指换能器(interdigital transducers ,IDT) 直接在压电介质上有效地激励出 SAW ,此后, SAW 技术迅猛发展。基于 SAW 对某些物理、化学、生物量的敏感特性,许多各具特色的 SAW 器件被开发出来。声表面波传感器的构造,按照叉指换能器(IDT) 电极(如图 2所示)的设计不同,可以产生许多种类。在此,可以基本的分为延迟线型和谐振型声表面波传感器。图中 a为叉指电极宽度, d为相邻叉指电极间距, w为叉指换能器的孔径宽度。图2 叉指换能器相对于其他传感器,声表面波传感器具有如下优点: 1、由于声表面波器件的压电及可工作在射频频段的特性,使得 SAW 传感器非常适用于无线遥测且实现传感器的无源化。 2、高精度、高灵敏度、高分辨率、重复性好,通常可以检测常规传感器难以检测到的微小变化量。 3、读取范围大且可靠,可达数米。 4、微型化,可作成贴片式传感器。 5、低成本,平面制作工艺,易于大规模生产,维护简单。 6、长寿命,可在高温差(一100 ℃~300 ℃)、强电磁干扰等恶劣