1、 微摩擦论文：基于光纤传感器的微摩擦/微粘着测试仪性能研究【中文摘要】微摩擦/微粘着测试仪是针对微观条件下摩擦及粘着现象开发的测试装置,能够有效测量微牛至毫牛范围内的摩擦力和粘着力,反映材料间的摩擦和粘着特性,为微机电系统中微摩擦磨损特性研究提供试验手段。本文在先期研制的微摩擦/微粘着测试仪的基础上,针对振动干扰影响较大和步进电机间歇运动等问题,对信号处理、步进电机控制和压电陶瓷控制等问题进行了分析和研究,采用复合滤波、闭环控制和复合加载等方法对测试仪进行改进,进一步提高了仪器的测试精度和稳定性,主要研究工作有：(1)采用铍青铜为材料制作弹性敏感元件,并进行了有限元分析和标定,优化了元件的刚度
2、系数和输入输出线性,增强了测试仪的灵敏度。(2)对不同工况条件下的载荷及摩擦力电压信号进行时域、频域和小波分析,研究了噪声和振动干扰信号特点,采用均值滤波、滑动滤波和小波去噪组成的复合滤波方法进行处理,有效地减弱了外界振动干扰和噪声的影响。(3)分析了法向步进电机加载方式下的静态及动态加载误差,通过构建 PID 闭环控制系统实现闭环加载控制,减少了加载误差,提高了载荷加载精度。(4)研究了压电陶瓷的迟滞和非线性等固有特性,在前馈开环控制误差分析的基础上,对压电陶瓷采用位移闭环控制,获得了较高的位移输出精度。(5)采用步进电机和压电陶瓷实现复合加载,满足了不同加载要求,通过微摩擦力测试实验和微粘
3、着力测试实验,验证了测试仪稳定性和可靠性。【英文摘要】The Micro friction Process finite-element analysis and demarcation; Optimize the stiffness coefficient and in-out linear of component; Improve sensitivity of tester.(2) Analyze the frequency domain, time domain and wavelet for test signals of micro friction under of differ
4、ent working condition; According to signal characteristic, use the methods such as average filtering, sliding filter and wavelet de-noising for digital filtering, to filter external vibration interference and noise.(3) Analyze the loading errors of static and dynamic with step-motor loading method;
5、Construct the PID closed-loop control system to reduce loading errors and improve load precision.(4) Research on the retardation and non-linear characteristics of piezoelectric ceramic; Control piezoelectric ceramic by adopting the way of feed forward open loop and displacement closed loop; Acquire
6、higher precision of displacement output.(5) Adopt the composite loading with the stepping motor and piezoelectric ceramic to satisfy the different loading acquirement; Take the experiment of micro friction force test and micro adhesion force test to prove the stability and reliability of tester.【关键词
7、】微摩擦 微粘着 测试仪 复合加载 复合滤波【英文关键词】Micro friction Micro adhesion Tester Complex loading Compound filter【目录】基于光纤传感器的微摩擦/微粘着测试仪性能研究 摘要 3-4 ABSTRACT 4-5 第 1 章 绪论 9-16 1.1 研究背景及意义 9 1.2 国内外研究现状 9-11 1.3 微摩擦/微粘着测试仪 11-14 1.3.1 基本结构 11-12 1.3.2 测力单元 12 1.3.3 进给单元 12-13 1.3.4 测试系统 13-14 1.4 本文研究内容 14-16 第 2 章 信号
8、分析与处理 16-38 2.1 数据采集系统 16-19 2.1.1 软件开发平台 16-17 2.1.2 光纤传感器 17-19 2.1.3 数据采集卡 19 2.2 测试信号分析 19-31 2.2.1 时域分析 19-20 2.2.2 频谱分析 20-24 2.2.3 小波分析 24-31 2.3 数字信号滤波 31-37 2.3.1 均值滤波 32-33 2.3.2 平滑滤波 33-34 2.3.3 小波去噪 34-37 2.4 本章小结 37-38 第 3 章 步进电机控制 38-47 3.1 步进电机控制系统 38-39 3.1.1 步进电机 38 3.1.2 电机驱动器 38-3
9、9 3.1.3 运动控制卡 39 3.2 步进电机开环控制 39-42 3.2.1 静态加载误差分析 39-40 3.2.3 动态加载误差分析 40-42 3.3 步进电机闭环控制 42-45 3.3.1 PID 控制原理 42-43 3.3.2 数字 PID 控制 43-44 3.3.3 加载误差分析 44-45 3.4 本章小结 45-47 第 4 章 压电陶瓷控制 47-60 4.1 压电陶瓷控制系统 47-48 4.1.1 压电陶瓷 47 4.1.2 装夹装置 47-48 4.1.3 驱动电源 48 4.2 压电陶瓷输出特性 48-51 4.2.1 工作原理 48-49 4.2.2 基本特性 49-50 4.2.3 输出特性 50-51 4.3 压电陶瓷精确控制 51-59 4.3.1 前馈开环控制 52-55 4.3.2 位移闭环控制 55-58 4.3.3 加载误差分析 58-59 4.4 本章小结 59-60 第 5 章 实验测试分析 60-68 5.1 悬臂敏感元件标定 60-63 5.2 微粘着力测试分析 63-65 5.3 微摩擦力测试分析 65-67 5.4 本章小结 67-68 第 6 章 总结与展望 68-70 6.1 总结 68-69 6.2 展望 69-70 致谢 70-71 参考文献 71-74 攻读学位期间的研究成果 74
