论文摘要：振弦式应变传感器稳定性影响因素研究

振弦式传感器是一种基于谐振原理的直接敏感待测对象应力应变的高精度测量仪表，可以实现应力应变的高精度实时在线测量，在港口工程、土木建筑、道路桥梁、矿山冶金、水库大坝、地基基础等领域得到极其广泛的应用。随着现代工程的发展，大型建筑工程的安全监测越来越受重视，因而对振弦式传感器的要求也越来越高。相对于其应用场合，振弦式应变传感器的使用寿命偏短。因此，发展具有长期稳定性、高精度、高性能的振弦式传感器已经成为目前国内外研究的热点问题。本文基于上述背景，从满足实际应用需求出发，针对影响振弦式应变传感器长期稳定性的因素进行研究，旨在研制出高精度具有长期稳定性的高性能振弦式应变传感器。论文主要完成如下工作：
1、通过数值分析和有限元仿真研究，得到振弦各阶振动模态和固有频率，分析结构参数和材料属性对敏感元件振动频率的影响，并优化传感器的结构；确定合适的激励方式和检测方式，并通过有限元仿真分析确定激励检测的最佳位置；
2、  设计了以FPGA（Field-Programmable Gate Array, 现场可编程门阵列）为核心的传感器信号采集系统，包括激振拾振单元驱动电路、信号预处理、模数转换、温度检测、USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）通讯、电源管理等部分；通过对FPGA编程，实现了信号采集系统对振弦振动信号及温度信号的精确采集、扫频激振信号的精确输出以及与上位机信号解算软件的实时通讯；
3、设计了基于LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的上位机信号解算软件，实现了对待测应变的高精度解算、温度补偿以及对振弦振动信号的频谱分析；  
4、对样机进行功能测试和实验验证。首先验证了课题所选用的激振拾振方案的可行性并对敏感元件的Q值进行测量，敏感元件的Q值高达1185.7；静态特性实验表明，传感器精度可达0.5%，分辨率优于1με；设计实验验证了振弦材料对传感器长期稳定性的影响。最后对温度补偿模型进行验证，实验结果表明，该补偿模型具有很高的补偿精度，是一个实用的补偿模型

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