【摘要】：旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中擔負著非常重要的角色,諸如汽輪機、燃氣輪機、壓縮機、風機、泵、水輪機、發(fā)電機和航空發(fā)動機等旋轉(zhuǎn)機械廣泛應用于電力、石化、冶金和航空航天等部門,因此旋轉(zhuǎn)機械運行狀態(tài)的安全性對于國家的經(jīng)濟發(fā)展至關(guān)重要。旋轉(zhuǎn)機械振動是造成機械設(shè)備故障的重要原因,通過機械振動信號監(jiān)測可以獲知機械設(shè)備的運行狀況,從而有效地預防機械故障和突發(fā)事故�，F(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)機械平行振動和扭轉(zhuǎn)振動的檢測方法多數(shù)為電類磁類傳感技術(shù),其易受到電磁干擾的影響,穩(wěn)定性差,且不便于多點布置檢測。近年來,光纖光柵以其不受電磁干擾、可分布式測量等優(yōu)點在眾多領(lǐng)域得到應用,若將其應用于旋轉(zhuǎn)機械振動檢測能夠彌補傳統(tǒng)檢測方法的不足,具有重要的研究價值。本論文以旋轉(zhuǎn)機械平行振動和扭轉(zhuǎn)振動的檢測為應用背景,基于光纖光柵的傳感原理,提出了應用于機械平行振動檢測的靈敏度可調(diào)的FBG二維振動傳感器和應用于旋轉(zhuǎn)軸系扭振檢測的FBG扭振傳感器。論文對兩種傳感器的傳感特性展開了深入研究,組建了旋轉(zhuǎn)機械實驗臺振動多點檢測集成系統(tǒng),并在該系統(tǒng)中利用所設(shè)計的傳感器進行了應用檢測。本論文完成的主要工作及研究成果如下:1.針對當前國內(nèi)外關(guān)于機械平行振動和扭轉(zhuǎn)振動檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行了綜述,通過對比分析和探究,總結(jié)出各類檢測方法的優(yōu)缺點,提出當前面臨的問題和研究工作。2.針對旋轉(zhuǎn)機械平行振動的檢測,設(shè)計了靈敏度可調(diào)的FBG二維振動傳感器,建立了傳感器的結(jié)構(gòu)模型和理論模型,并利用有限元軟件對傳感器進行了模態(tài)仿真分析,最后通過實驗研究了傳感器的傳感特性,實驗結(jié)果與理論計算、仿真分析的結(jié)果很好的吻合。實驗結(jié)果表明:傳感器X、Y向靈敏度可調(diào)范圍分別為8.049pm/g~76.145pm/g、8.199pm/g~75.335pm/g,穩(wěn)定工作頻率區(qū)間為0-180Hz。3.針對旋轉(zhuǎn)軸系扭轉(zhuǎn)振動的檢測,設(shè)計了FBG扭振傳感器,首先建立了旋轉(zhuǎn)軸系扭振力學模型,接著對FBG扭振傳感器的結(jié)構(gòu)和原理進行了闡述,建立了傳感器的應變模型和振動模型,然后對傳感器特性進行了數(shù)值分析和有限元仿真分析,最后搭建了實驗系統(tǒng)對傳感器的傳感特性進行了實驗研究,驗證了理論模型和仿真分析的正確。實驗表明:傳感器的線性度為1.376%,擬合方程為Δλ_1+Δλ_3-Δλ_2-Δλ_4=0.3603β+0.0614(β的單位為rad/s~2),傳感器的靈敏度為0.3603 pm/(rad/s~2),與理論相比偏大4.9%,傳感器的#1和#2光纖質(zhì)量球系統(tǒng)的一階扭振固有頻率分別為29.39Hz,27.35Hz,與激振器激振實驗的結(jié)果一致。4.組建了旋轉(zhuǎn)機械實驗臺振動多點檢測集成系統(tǒng),利用此系統(tǒng)在恒速空載和正弦激勵負載兩種工況下,實現(xiàn)一線多點的檢測。在此系統(tǒng)中采用所設(shè)計的靈敏度可調(diào)的FBG二維振動傳感器對旋轉(zhuǎn)實驗臺的伺服電機和齒輪變速箱的平行振動情況進行了實時檢測,采用所設(shè)計的FBG扭振傳感器對旋轉(zhuǎn)實驗臺的旋轉(zhuǎn)軸系扭振進行了實時檢測,根據(jù)檢測的結(jié)果對旋轉(zhuǎn)機械的振動特性進行了分析。
【圖文】：

具有工作穩(wěn)定性好、分辨率高、靈敏度高、測量范圍寬等優(yōu)點，但其允許的工作溫度一般不超過 180℃，以及安裝時的初始間隙有范圍限定等因素，限制了該傳感器的應用范圍[12]。CCD 激光位移傳感器采用了激光三角法原理[13]，如圖1-2 所示，該裝置測量精度高，，常用來實時測量運動物體的位移或高速振動，由于激光的發(fā)生裝置比較復雜，且整套裝置成本又高，因此限制了其使用范圍。

限制了該傳感器的應用范圍[12]。CCD 激光位移傳感器采用了激光三角法原理[13]，如圖1-2 所示，該裝置測量精度高，常用來實時測量運動物體的位移或高速振動，由于激光的發(fā)生裝置比較復雜，且整套裝置成本又高，因此限制了其使用范圍。(a) (b)圖 1-1 電渦流傳感器(a)和工作原理圖(b)(a) (b)圖 1-2 激光位移傳感器(a)和工作原理圖(b)加速度傳感器在機械振動的測量中有著重要的應用，目前常用到的加速度傳感器主要為電類振動加速度傳感器，包括壓電式、壓阻式、電容式、磁電式等。其中壓電式加速度傳感器采用慣性原理工作，如圖 1-3 所示，壓電式加速度傳感器具有質(zhì)量輕體積小、測量范圍寬、線性好等優(yōu)點[14]。壓阻式加速度傳感器也是利用較廣泛的振動加速度傳感器，如圖 1-4 為 MEAS1203 壓阻式三軸加速度計，它是采用 MEMS 加工技術(shù)制成。壓阻式加速度計具備制造工藝簡
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH113.1

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本文編號：2606928