高频动态压力信号测试方法的研究与优化

论文摘要

在热容器内爆炸产生的高频动态压力是研究爆炸力学问题特别关注的现象,爆炸后瞬间在容器内建立高压、高温场,并伴随着热容器结构强烈的振动。此时容器内存在宽频带、宽动态范围的压力,其中低频静态压力可达到兆帕级,高频动态压力约千帕级,显然高频分量压力的动态范围远小于低频静态压力的动态范围,降低了高频动态压力的测量精度。另外在此环境下传感器会响应机械振动量和高温冲击量,从而引入噪声干扰。这就对高频动态压力传感器的性能、噪声抑制方法和信号采集精度提出了更高的要求。本文针对上述恶劣环境下测试高频动态压力引入的噪声提出一种传感器的铠装防护缓冲装置来抑制机械振动噪声,并采用涂抹硅脂的隔热法减小爆炸的热冲击对传感器输出的影响。针对高频动态压力信号动态范围过小而设计一种高精度模拟调理电路,提高高频压力信号的采集精度。首先,本文对容器内产生的高频动态压力的特性深入分析,介绍了高频动态压力传感器动态特性和频率特性等主要参数;分析在恶劣测试环境下的噪声产生机制并设计可以抑制噪声的防护缓冲装置;然后,从高频动态压力的特性和传感器的性能出发,设计高精度调理电路,主要包括ICP式高频动态压力传感器的高精度恒流源电路的设计,和高低通滤波器的选择与设计,以提高信噪比和测量精度,使高频动态压力的采集精度提高到0.5‰的传感器输出量程。最后进行试验测试,在某热容器内爆炸力学试验中,搭载高频动态压力传感器,采集试验数据,处理并进行分析,还原其物理过程。

论文目录

摘要

Abstract

1. 绪论

1.1. 课题研究背景及意义

1.2. 国内外研究发展历程及现状

1.2.1. 高频动态压力测试技术研究现状

1.2.2. 国内外高频动态压力传感器的研究及现状

1.3. 论文主要研究内容及章节安排

2. 高频动态压力信号的分析及传感器需求分析

2.1 高频动态压力信号分析

2.2 高频动态压力传感器

2.2.1 高频动态压力传感器的动态特性指标

2.2.2 高态频动压力传感器的频率特性指标

2.2.3 高频动态传感器灵敏度的峰峰值、有效值

2.2.4 传感器齐平和嵌入式安装

2.2.5 传感器测试环境分析

2.3 需求分析

2.3.1 测试指标

2.3.2 传感器参数

2.4 本章小结

3. 传感器测试环境噪声分析及其抑制方法研究

3.1 机械冲击及振动对传感器器输出的影响

3.1.1 传感器受机械冲击振动的力学分析

3.1.2 机械冲击、振动噪声抑制方法研究

3.1.3 机械冲击振动噪声抑制效果的试验验证

3.2 热冲击对传感器的影响

3.2.1. 传感器的热冲击响应分析

3.2.2. 热冲击噪声的防护装置设计

3.2.3. 热冲击抑制装置的数学模型

3.2.4. 热冲击噪声抑制效果的模拟试验验证

3.2.5. 测试电缆的噪声干扰

3.3. 本章小结

4. 信号调理电路设计原理及优化

4.1. 高精度恒流源的设计

4.1.1. 电路优化设计

4.1.2. 试验验证

4.2. 高通滤波器的设计及信号放大

4.2.1. 二阶压控高通滤波器的设计

4.2.2. 信号放大

4.2.3. 二阶压控高通滤波电路的幅频验证

4.3. 混叠低通滤波器设计

4.3.1. 信号混叠

4.3.2. 十阶贝塞尔低通滤波器设计

4.3.3. 低通滤波器幅频验证

4.4. 全电路的测试验证

4.5. 本章小结

5. 数据处理与事后分析

5.1. 数字滤波

5.2. 试验及数据分析

5.2.1. 优化测试方法前后对比

5.2.2. 试验数据对比

5.3. 本章小结

6. 总结与展望

6.1. 全文总结

6.2. 工作展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 魏明岩

导师: 焦新泉,贾兴中

关键词: 高频动态压力,高频动态压力传感器,高精度调理电路,噪声抑制

来源: 中北大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 力学,自动化技术

单位: 中北大学

分类号: O38;TP212

总页数: 63

文件大小: 4078K

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