本文關(guān)鍵詞：基于FBG傳感器的振動(dòng)檢測系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：振動(dòng)測試在現(xiàn)代工程領(lǐng)域中占據(jù)著越來越重要的地位。目前振動(dòng)測量的方法主要有機(jī)械式測量、電氣式測量、光學(xué)式測量,其中電氣式傳感器因技術(shù)成熟、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用,但該類傳感器需要絕緣處理,且易受電磁干擾,嚴(yán)重制約了振動(dòng)測試技術(shù)的發(fā)展。光纖光柵傳感器體積小、質(zhì)地輕、傳輸距離遠(yuǎn)、動(dòng)態(tài)測量范圍廣,而且能夠抗強(qiáng)磁、強(qiáng)電、高溫等惡劣環(huán)境的干擾,所以本文將振動(dòng)測試技術(shù)和光纖傳感技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)研發(fā)一種基于FBG傳感器的振動(dòng)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的測量為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計(jì)出FBG振動(dòng)傳感器、振動(dòng)解調(diào)系統(tǒng)和上位機(jī)軟件。其主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:首先,深入分析光纖光柵傳感理論,設(shè)計(jì)出基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的光纖光柵振動(dòng)傳感器。該傳感器由基座、質(zhì)量塊、柔性鉸鏈、光纖布拉格光柵(FBG)構(gòu)成,結(jié)構(gòu)做成一體化。將施加一定預(yù)應(yīng)力的光纖布拉格光柵粘貼在質(zhì)量塊和基座之間,作為振動(dòng)系統(tǒng)的傳感探頭,通過中心波長的變化量檢測出振動(dòng)信號(hào)的大小。在傳感器的制作過程中,設(shè)計(jì)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù),利用SolidWorks仿真并分析出傳感器的固有頻率。接著,通過分析比較選用基于透射式的體相位光柵波長解調(diào)方法,利用BaySpec公司生產(chǎn)的高靈敏度、高精度的光纖光柵解調(diào)模塊FBGA,搭建組裝高速解調(diào)系統(tǒng)。在相對(duì)復(fù)雜、惡劣環(huán)境中檢測出因待測物理量變化而引起的光波的變化,實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感波長精確、快速的測量,滿足振動(dòng)檢測現(xiàn)場在采樣速率、采樣精度、體積大小等方面的需求。然后,根據(jù)系統(tǒng)的功能性和非功能性需求和性能指標(biāo),提出與FBGA解調(diào)設(shè)備相匹配的系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)方案,通過UML的用例圖和用例規(guī)約實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建模。利用可視化程序開發(fā)工具Visual Studio 2010,基于MFC的多文檔編程,采用C++編程語言,綜合USB通信、多線程、動(dòng)態(tài)鏈接庫等技術(shù)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的采集、處理、顯示與存儲(chǔ)等功能。其中在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理這兩個(gè)核心模塊增加了系統(tǒng)的容錯(cuò)機(jī)制,優(yōu)化了系統(tǒng)的性能。具體體現(xiàn)在對(duì)波峰個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)合理性的判斷、均值濾波的方法對(duì)毛刺數(shù)據(jù)的處理等。此外,重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫SQL Server進(jìn)行了建模與實(shí)現(xiàn),詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)配置表、傳感器信息表、數(shù)據(jù)表等。最后,搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)檢測系統(tǒng)性能進(jìn)行測試,通過FBGA解調(diào)設(shè)備和上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)基于柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲(chǔ)工作,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理,驗(yàn)證上位機(jī)軟件、解調(diào)系統(tǒng)性能的同時(shí),也驗(yàn)證了傳感器的工作性能。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,該振動(dòng)檢測系統(tǒng)可用于振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測,及時(shí)、準(zhǔn)確的掌握工程結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀況,對(duì)抗振減災(zāi),確保工程系統(tǒng)安全有著極其重要的意義和價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212;TP311.52

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本文編號(hào)：1302530