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声表面波纱线张力传感器灵敏度的影响·bet356官网首页

时间:2022-01-04 点击次数:

近几年来,随着纺织业技术改革的不断深入,基于传感器技术的纺织机电一体化设备受到了广泛的关注和深入研究。在此基础上提出了一种以纱线张力传感器为核心的纺织机械装置。而纱线张力是纺纱、织造工艺中的一项重要参数,它直接影响到纱线、织物的产量和产品质量,因此,如何准确地测量纱线张力就成为一项亟待解决的问题。为尽量真实地反映纱线张力的大小,从而有效地控制对纱线张力的大小,bet356设计了一种新型的张力传感器,并对声表纱线张力传感器的结构优化设计方法进行了研究。下面讲一下我们的张力传感器及创新点:

(1)设计了一种声表面波纱张力传感器。采用声表面波延迟线型振荡器制作的传感器具有结构简单、体积小、稳定性好的特点。对基板的零温度系数为42.75°Y切X向传播石英单晶进行选择,使器件不需要温度补偿。针对声表面波延迟型振荡器设计了一种叉指换能器,其具体设计参数有:叉指换能器周期、叉指换能器指对数、声孔径、金属化比、金属膜厚度、叉指换能器加权等。对声表面波纱线张力传感器的制造工艺进行了详细的论述,给出了声表面波纱线张力传感器的结构设计及工作原理。对声表面波纱线张力传感器输出的纱线张力与频率变化建立了一个线性回归模型,用最小二乘法对数学模型进行求解。

(2)在此基础上提出一种声表面波纱线张力传感器的最优灵敏度设计方法。从理论上推导出表面波纱线张力传感器的灵敏度和声表面波纱线张力传感器基板应变率之间的函数关系,并由此提出了基板应变率的概念。采用线性回归分析法和有限元模拟分析方法,建立了声表面波纱线张力传感器灵敏度与基片应变率之间的线性回归模型,该数学模型的单调性表明:表面波纱线张力传感器的基片应变速率越大,灵敏度越高。在此基础上,提出了增大基板应变速率以提高传感器灵敏度的理论。在此基础上,提出了一种通过弹性设计基板尺寸,以获得最佳基板应变速率的优化设计方案。针对12种不同规格的基板,建立了12种基板应力-应变有限元模拟分析模型。在有限元模拟分析的基础上,利用多元线性回归分析方法,建立了声表面波纱线张力传感器基片应变率与基板尺寸之间的多元线性回归模型。在此基础上,推导出求解基板最大应变速率与基板尺寸对应的线性规划模型。求出基板应变率取最大值时的基板尺寸为:长19mm、宽3mm。对此尺寸的声表面波纱线张力传感器进行了测试,结果表明,其灵敏度可以达到3114赫兹/g以上,证明了这种优化方法的有效性和可行性。

(3)传感器的安装位置对声表面波纱线张力传感器灵敏度的影响。在SAW传播方向上,声表面波纱线张力传感器基板的应力-应变特性进行了分析,分析了传感器的应力-应变分布对传感器灵敏度的影响,并提出相应的解决方案。测定声表面波纱线张力传感器的灵敏度与叉指式传感器的放置位置参数之间有一定的关系。本文用多因素线性回归分析法建立声表面波纱线张力传感器灵敏度与叉指传感器放置位置参数之间的多变量线性回归模型。对其单调性进行判别,并对其偏导数进行正负判别,结果表明:在给定的区间内,叉指换能器与衬底左端距离越大,声表面波张力传感器的灵敏度越高,叉指传感器在距离基片顶距较大时,声表面波纱线张力传感器的灵敏度会降低。

(4)声表面波纱线张力传感器基底的等应变率结构。在应力-应变有限元模拟的基础上,详细地分析了声表面波纱线张力传感器基板在加载张力作用下的应变率分布特征,深入研究了声表面波纱线张力传感器基板的应变率分布对其应力-应变特性的影响。为克服以上影响,声表面波纱线张力传感器的等应变率结构被提出。从基板尺寸和分叉传感器安装位置出发,给出了经整体结构优化后的等应变率结构,并给出了求解该基板等应变率结构的数学模型,并给出了对此数学模型的改进二分法解。用等应变速率衬底结构制作声表面波线张力传感器,实验结果表明:该传感器灵敏度为585赫兹/g,最大参考误差3.16%,线性度±64%。与采用常规衬底结构的声表面波张力传感器相比,等应变率基片结构声表面波纱线张力传感器的精度等级得到了显著的提高,而且显示出较好的线性度,但其灵敏度将有很大的下降。

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