板形检测仪中金属化光栅压力传感器特性及解调技术研究

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随着现代工业的快速发展,高级钢材中的冷轧带钢越来越广泛地被应用到了汽车制造、消费电器、建筑及仪器仪表等领域。国内钢材产量不小,但高品质冷轧带钢产量却不高。冷轧带钢板形检测技术是生产高品质带钢的重要技术,多年来产业的核心技术都在国外。国内的板形检测技术发展相对较晚,加上国外技术封锁,板形检测技术长期困扰了我国冷轧带钢的产品质量。本文在查阅了大量资料文献、了解了当前板形检测技术研究发展的基础上,针对现有技术检测精度低、抗干扰能力差、结构复杂、维护成本高等缺点,提出了将级联光纤光栅压力传感技术应用到板形检测中的方案。根据冷轧带钢板形检测的实际工艺需求,本文开展了如下理论分析和实验研究工作:  首先,从理论上系统分析了裸光纤光栅的应力、温度传感模型,并根据板形检测仪的实际工况需求设计了一种金属化封装的光纤光栅轴向压力传感单元,将光纤光栅通过特殊的焊接方式封装在金属钢柱中。  其次,在有限元软件中建立封装结构模型并进行受力仿真,确定合适的封装材料的力学特性参数;对封装后的光栅传感器的温度、压力特性进行了实验研究,得到了传感单元的应力响应特性。  然后,选取光纤光栅匹配滤波法设计了一套光栅传感信号解调系统,实现了 5路级联光栅传感信号的解调。  最后,设计了一套5通道光信号采集、处理硬件系统及上位机显示软件,实现了多路传感信号的实时采集及显示。  本文针对冷轧带钢板形检测技术目前存在的问题提出了将光纤光栅压力传感技术应用到板形检测领域的思路,并从理论和实验上对设计方案进行了基础性研究,为板形检测技术的研究发展提供了参考。
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