【摘 要】
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核电站的安全运行对于生产生活而言有着重要意义,一旦发生核泄漏等事故首当其冲的就是人身安全,对周边的生态环境及工业生产也有严重影响。蒸汽发生器作为核电站一、二回路的枢纽,保证其处于正常工作状态至关重要。传热管作为蒸汽发生器的重要组成部分,在流致振动的作用下与支撑结构之间会产生微动磨损,传热管束之间会出现相互碰撞,两种作用都会造成传热管的磨损失效。分析评估这两种作用需要测量传热管与支撑结构间的摩擦力以
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核电站的安全运行对于生产生活而言有着重要意义,一旦发生核泄漏等事故首当其冲的就是人身安全,对周边的生态环境及工业生产也有严重影响。蒸汽发生器作为核电站一、二回路的枢纽,保证其处于正常工作状态至关重要。传热管作为蒸汽发生器的重要组成部分,在流致振动的作用下与支撑结构之间会产生微动磨损,传热管束之间会出现相互碰撞,两种作用都会造成传热管的磨损失效。分析评估这两种作用需要测量传热管与支撑结构间的摩擦力以及传热管与管束之间的撞击力,对这两种力进行测量就可以获得传热管的磨损情况。传热管的工作环境为350℃,20MPa的高温水环境,由于光纤法珀传感器具有耐高温高压、抗强电磁干扰、体积小、防水性好、灵敏度高等优点,因此可以用于传热管磨损的受力测量。本文基于法珀多光束干涉原理设计了两种光纤力传感器,分别用于测量传热管磨损时受到的摩擦力及撞击力。分析了这两种力传感器的光学特性,建立了光学失效模型;对两种力传感器分别进行了力学特性分析,并建立了其力学模型及力传递的模型,为力传感器的参数设计、结构尺寸的确定提供了理论依据;根据传热管磨损实验的测量条件设计了两种光纤法珀力传感器的结构,并完成了两种力传感器的装配制作;设计了力传感系统的硬件电路部分,主要包括电源、信号调理及数据通信电路的设计,并在DSP（Digital Signal Processing）中加入高斯拟合算法来提高解调的精度。本文对所设计的两种光纤法珀力传感器及其解调系统进行了性能测试,结果表明:光纤法珀力传感系统可以实现1KHz的解调速率,在350℃的高温条件下,光纤法珀摩擦力传感器的量程为4.7N～2.775KN,灵敏度为3.1nm/N;光纤法珀撞击力传感器的量程为0.208N～2.274KN,灵敏度为70.35nm/N。本文设计的光纤法珀力传感系统具有良好的工作稳定性,可以用于传热管磨损实验中摩擦力及撞击力的测量。
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