xx0403189_王培荣_基于光纤传感器的位移测试系统的设计

xx0403189_王培荣_基于光纤传感器的位移测试系统的设计内容摘要：

时受光量不足的问题。 同时，还避免了以往模式切换方式下调整功率所带来的响应速度变化。 此方案可以更好的对微小位移的变化进行全方位的检测及测量，达到高速、高精度的模拟量输出。 同 时还可以达到远程输入，远程输出的目的。 并且，此方案非常适合实际生产，实际应用价值高，所以选用此方案来进行有效地传动及测量。 系统的整体设计 数据采集 对于该测试系统而言，要做到高的精度才能保证系统的准确性。 为此我们需要采集光纤传感器来检测系统产生的微小位移。 再利用数据线将光纤传感器采集到的信息输送到信息处理中心，通过 PC 机来实现数据的存储和显示，以此来潘丹微小位移的产生和变化。 机械结构与固定 对基于光纤传感器的位移检测系统，需要通过光纤传感器来检测并采集数据，为了能够获得较 为精确地变化量比较小的微小位移，系统采用传统的机械传动装置，即利用手动装置来带动整个系统的运动。 工作时，通过手动摇柄的转动，来带动丝杠的螺旋传动来使工作台移动，从而产生微小位移。 再通过光纤传感器来进行数据的检测以及处理。 数据处理 由于通过传感器采集的信号在一般情况下是模拟信号不能被计算机识别，且采集济南大学毕业设计 8 的信号功率较小。 所以在一般情况下的数据测量系统首先利用光纤传感器来采集微小位移信号，将采集到的信号经测量电路转化为电压信号并且进行放大，然后将放大的模拟信号传动给 A/D 转换器，转化为数字信号后输送给 单片机，然后利用单片机进行数据处理，并最终在 PC 机显示器上显示出所测得的微小位移。 支架固定机构 为了减小装置系统在检测过程中发生机构移动给测量精度所带来的损失，所以装置系统底座采用比较大的质量来使机构紧固在实验台上，以完成每个测量位置的测量精度的要求。 数据显示 为了能够实现与电梯相应的功能，我们要加相应的显示器保证在每个按键处都能看到小车处于的位置。 我们在各线上特别加了一个显示器。 显示小车现在处的位置，利用 LED 显示器。 接到芯片 8155 上，利用共极显示保证现实的 数据相同，在此他们同时显示，而且是相同数据。 为了能实时地再现内孔表面的轨迹特征，并能够人为主观的调节测头的测量范围，要实时地跟踪显示传感器测量结果，通过键盘，显示其接口实现该性能的要求，并通过数据总线传输给打印机外设中，绘制出测量轨迹的图线。 济南大学毕业设计 9 3 基于光纤测量系统的 机械结构设计 此系统的主要组成部件由底座、丝杠、传感器支架、滑动导轨等部分组成。 由于系统有 XY 两个方向的运动，所以需要两个传感器支架来满足两个方向的进给。 底座可通过参考同类产品来选择满足尺寸要求的即可。 传感器 支架按满足系统的设计要求来进行相应的设计，滑动导轨则可以按照相应规格来进行选择对系统合适的，而对丝杠的选择需要进行一定的计算。 仪器底座的设计 底座是 用来装夹 测量装置和 固定工作台 的平台， 在 底座上 应 用 准确 度较高的平导轨 来支撑工作台进行移动 ，导轨的加工精度要求 比较 高。 其次，底座还要起到固定整个系统的作用，以免工作台在工作时发生移动现象，造成没有必要的误差。 底座的材料选择 HT200，采用铸造的方法来得到。 传感器的安装装置 为了符合系统的要求，在 进行 微小位移进行 测量时，传感器安装在如下图所示的装置上 ： 图 3..1 传感器安装支座 此支座可通过竖轴和横轴分别进行上下 、 左右 以及前后的 方向调节，以保证传感器能准确的定位在测量部位。 支座整体安装在 底 座上， 由此来对机械装置产生的微小位移进行测量。 这样可以尽量的减小由装置本身所带来的误差。 济南大学毕业设计 10 丝杠的选择与校核 丝杠 的主要作用是支撑工作台支架的重量并使工作台产生 XY方向的进给，所以丝杠的设计主要是他的强度，丝杠的耐磨性。 丝杠中径 d 的计算，单位 mm：梯形螺纹和矩形螺纹的计算公式 7 ：  PFd  F是轴向载荷，单位 N，假设 F=1000N； P是材料的需用应力，单位 MPa，螺杆材料和螺母材料选用 45，转速为低速，则查《机械设计》 P=10MPa；整体式螺母，取φ=2；带入计算得： d=； 基于本课题测量的精度问题，丝杠不能发生弯曲变形。 所以丝杠的直径不能取得太小，故可取丝杠的公称直径 d=40mm；查表可知：导程和螺距都为 L0=P=3mm，所以齿高为 2mm。 由于所选丝杠的直径远大于所需要的，所以所选的丝杠定能满足使用要求。 如图 31所示为丝杠的示意图： 图 丝杠 轴的 校核 （ 1） 强度校核 由于检测系统的轴仅仅是作传动轴，主要用于承受扭矩，因此可以按扭转强度条件计算，且由于该系统的转速不 是很高。 所以不存在瞬时过载很大火应力循环不对称性等情况，所以不用校核静强度。 校核步骤如下 轴的扭转强度条件为  TTT d. nPWT   3209 5 5 0 0 0 0 () 式中： T 扭转切应力 ， Mpa； T轴所受的扭矩 ， Nmm； Wt轴的抗扭界面系数 ， mm3； n轴的转速 ， r/min； P轴传递的功率， KW； d计 算截面处轴的直径 ， mm； T 许用扭转切应力 由 35 可得轴的直径 济南大学毕业设计 11     30333 500 500 00 npAnPn Pd TT   () 式中，  30 ,查表 153，对于系统的轴材料为 45时， A0=126103 蜗轮的功率 P2=P1*= () 轴的转速 27221  enzzn () 代入式 得 330  nPAd(mm) 传动轴的轴径分为 5 部分，其直径分别为： 30mm， 37mm， 45mm， 39mm， 30mm；均满足要求，则此轴的强度合格，能满足工作要求。 （ 2） 扭转刚度校核。