【摘要】：針對機械設(shè)備中存在的部件線振動、轉(zhuǎn)軸角振動和輪齒振動,基于現(xiàn)有光纖光柵傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀以及存在的問題,利用雙光柵監(jiān)測的優(yōu)勢,本文開展如下研究工作:1.利用FBG耦合方程的數(shù)值積分方法,探討非均勻溫變和非均勻應(yīng)變對FBG光譜的影響。計算結(jié)果表明,在線性溫變和線性應(yīng)變下,FBG反射譜是關(guān)于中心波長對稱的,中心波長漂移決定于光柵中點的溫變和應(yīng)變,當梯度項增加時,峰值強度下降。當光纖光柵受到二次溫變和應(yīng)變時,其反射譜關(guān)于中心波長是不對稱的,二次溫變和應(yīng)變系數(shù)的正負和大小決定反射譜左右旁瓣的強弱,反射譜旁瓣越大,光柵受到的非線性應(yīng)變越大。2.設(shè)計了對線振動的雙FBG強度測量方法。模擬計算表明,在一定的范圍內(nèi)兩個普通FBG反射譜主瓣面積與它們的中心波長差成良好線性關(guān)系,據(jù)此提出了雙FBG中心波長差的工作區(qū)間。線振動監(jiān)測實驗表明,輸出電壓信號的幅值與加速度的幅值呈良好的線性關(guān)系,電壓信號的幅值還與傳感器傾斜角度的余弦函數(shù)成線性關(guān)系,當角度小于15°時,電壓幅值的變化不到傳感器水平放置時電壓幅值的5%。3.將雙光纖光柵按照一定角度安裝在轉(zhuǎn)軸表面,建立了雙光柵中心波長差與轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)角的定量關(guān)系,雙光柵中心波長差隨時間的振動曲線可以分解為“直流”分量與“交變”分量之和,其中“直流”分量決定于負載扭矩,而“交變”分量揭示了扭轉(zhuǎn)角振動的存在。將雙啁啾光纖光柵安裝在轉(zhuǎn)軸表面,建立了雙啁啾光柵監(jiān)測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)角的理論表達,監(jiān)測實驗表明,輸出電壓信號可以分解為“直流”分量與“交變”分量之和,電壓信號的“直流”分量反應(yīng)了負載轉(zhuǎn)矩和對應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角,電壓信號的“交變”分量反應(yīng)了扭轉(zhuǎn)角的振動。4.將雙光纖光柵粘貼在輪齒兩邊緣,通過波長解調(diào)方法對輪齒邊緣的拉伸和壓縮變形及其輪齒角振動進行在線監(jiān)測實驗。結(jié)果表明:雙FBG的特征波長存在不同的整體波長漂移,顯示了齒輪嚙合時的溫度升高現(xiàn)象;FBG的振動峰值波長與負載力矩在小力矩范圍內(nèi)存在較好線性關(guān)系,顯示了齒輪嚙合時輪齒兩邊緣的拉伸和壓縮變形與負載力矩的依賴關(guān)系。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH74
【圖文】：

具備普通光纖的優(yōu)點外，因為自身傳感信號是波長調(diào)制起伏，光纖彎曲損耗及不受光源功率波動影響的眾多優(yōu)感器作為一種新型的振動傳感器也逐步被更多學者所早采用光纖光柵進行振動信號測量的學者[12]，他采用的行封裝，然后固定在鋁塊中。從此，國內(nèi)外相關(guān)學者開光柵進行了廣泛研究，Todd 設(shè)計了基于雙撓性梁結(jié)構(gòu)的度進行了很大的提升。光纖光柵加速度傳感器屬于慣性梁結(jié)構(gòu)作為彈性體，其基本原理如圖 1-1 所示。懸臂梁的塊，采用膠粘的方式來固定光纖光柵或其他方法固定在到外界振動時，質(zhì)量塊會由于慣性力隨振動方向往復運生彎曲，進而對光柵進行測量其變形產(chǎn)生的應(yīng)變。在此了多種結(jié)構(gòu)多種形式的光纖光柵加速度傳感器，其特點是單，但是存在光柵容易啁啾及測量頻率范圍較窄的問題等低頻振動測量領(lǐng)域[15-18]。

圖 1-2 膜片式加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖和丹麥 BK 公司還報道了基于鉸鏈結(jié)構(gòu)的光纖點是可以進行高頻率的測量，其測量頻率超過 的是戴玉堂課題組，達到了 200 pm/g，但在產(chǎn)K 公司明顯領(lǐng)先。，存在一些特殊領(lǐng)域，一維測量已經(jīng)不能滿足信息，比如航空，汽車碰撞檢測等。為此，在提出了多維傳感器的設(shè)計方案并取得了不錯的實生課題組提出了一種二維振動測量方案[33]，他一側(cè)的鋼管表面應(yīng)變的最大處，如圖 1-3 所示，0°方位角的位置上，這個方案還同時實現(xiàn)了溫度

圖 1-2 膜片式加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖光公司和丹麥 BK 公司還報道了基于鉸鏈結(jié)構(gòu)的光纖光構(gòu)的優(yōu)點是可以進行高頻率的測量，其測量頻率超過 10得較好的是戴玉堂課題組，達到了 200 pm/g，但在產(chǎn)品丹麥 BK 公司明顯領(lǐng)先。應(yīng)用中，存在一些特殊領(lǐng)域，一維測量已經(jīng)不能滿足需振動的信息，比如航空，汽車碰撞檢測等。為此，在單多學者提出了多維傳感器的設(shè)計方案并取得了不錯的實學張東生課題組提出了一種二維振動測量方案[33]，他們質(zhì)量塊一側(cè)的鋼管表面應(yīng)變的最大處，如圖 1-3 所示，光周呈 90°方位角的位置上，這個方案還同時實現(xiàn)了溫度補

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本文編號：2751395