基於光纖光柵的旋轉機械扭振感測機理和方法研究

《基於光纖光柵的旋轉機械扭振感測機理和方法研究》是依託武漢理工大學，由魏莉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於光纖光柵的旋轉機械扭振感測機理和方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：魏莉
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

扭振測量對旋轉機械的運行狀態監測和故障診斷具有重要意義，直接關係到國民經濟的發展和國防建設。但現有測量方法存在安裝不便、信號傳輸困難、抗干擾能力差等問題。光纖光柵具有體積小、重量輕、抗電磁干擾強及一線多點、無源多場的特點，可突破傳統扭振感測實時性和分散式檢測的局限。然而，光纖光柵扭振感測的結構設計、應變傳遞機理、信號特徵提取等問題亟待解決，給其套用提出了新的理論難題。為此，本項目擬研究基於光纖光柵的旋轉機械扭振感測機理和方法，通過分析旋轉機械扭振的動力學特性，研究光纖光柵扭振感測體複合結構，建立其應變傳遞模型，開展光纖光柵扭振感測器的測試分析和驗證實驗，獲取光纖光柵感測的扭振特徵信號，提出基於光纖光柵的扭振感測器設計理論與方法，解決傳統電測方法線路複雜、信號傳輸困難以及抗電磁干擾能力差的難題，豐富和發展現代測試理論和旋轉機械線上監控技術，為光纖光柵扭振感測器的套用奠定理論基礎。

結題摘要

當前旋轉機械在社會生產和人民生活中套用越來越廣泛，並朝著大型化、高速、重載、大功率方向發展，其軸繫結構越來越複雜，從而導致網機耦合，誘發軸系扭振，並造成扭轉疲勞，嚴重時甚至導致部件的瞬時破壞，故旋轉機械扭轉振動問題日趨嚴重，已成為引起旋轉機械故障的重要原因之一。扭振檢測對於旋轉機械運行狀態評估具有重要意義，而現有的扭振測量技術在感測器安裝的方便性，信號的傳輸與處理，抗干擾等方面還存在問題。因此，深入研究旋轉機械扭振測量方法、改善監測裝置性能、開發和完善扭振測試系統，已成為旋轉機械狀態監測和故障診斷領域的迫切任務。 本項目首先在剖析旋轉機械扭振現象的基礎上，建立了旋轉機械扭振動力學模型，提出了兩種基於光纖光柵的旋轉機械扭振測量方法，解決傳統電測方法線路複雜、信號傳輸困難以及抗電磁干擾能力差的難題。然後對兩種光纖光柵扭振感測器進行了扭振感測特性實驗分析，並根據旋轉機械光纖光柵扭振測試特點，提出了旋轉機械光纖光柵扭振檢測集成系統設計方案，設計了旋轉機械扭振檢測試驗平台，開發了集成測試系統軟體平台，實現了光纖光柵以及電測數據的採集、傳輸、儲存以及分析和處理。最後開展了光纖光柵扭振檢測方法實驗測試，完成了兩種接觸式扭振感測器在不同載入條件下的扭振回響測試，通過對信號進行希爾伯特變換的包絡譜分析和小波變換時頻譜分析，提取扭振激勵信號特徵量；通過對運行全過程數據時頻分析，有效獲取了扭振發生時間及激勵源特徵信息，為旋轉機械運行狀態安全性的判斷提供依據。