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基于光纤光栅传感的分布式轴承温度测量技术研究

彭岳仑  
【摘要】:轴承广泛应用于航空、航天、车辆、轮船等重要领域,是旋转机械中广泛应用的基础零件之一,起着支撑和传递动力的作用,同时轴承也是最容易损坏的零件之一。研究表明机械设备中大约有30%的故障是由轴承的损坏造成的,因此轴承状态监测对企业机械设备正常运行具有极其重要的意义。轴承状态监测主要是对轴承的振动状态和温度状态的监测。由于振动状态研究中轴承的振动信号难以准确获取,而温度状态研究中,热源明确,信号单一并易获取,因此许多对轴承振动状态监测研究的学者后来也转向对轴承温度状态监测的研究。 传统的轴承温度状态监测中采用传统的温度传感器,如热敏电阻,热电偶等,这些传感器缺点易受电磁干扰,有滞后现象,不易分布式温度场测量,不能满足分布式轴承温度测量的要求。 光纤光栅是一种新型的无源敏感元件,除了具有普通传感器具有的优点外,还具有不产生电磁干扰、不受电磁干扰,能使用波分复用技术在一根光纤中串接多个不同波长的光栅进行分布式测量的优点,避免了传统的传感器复杂布线的缺点。旋转机械设备中轴承温度场的测量需要布置大量的传感器,同时要求布置的传感器不能影响机械设备的正常工作,采用光纤光栅传感技术能够满足复杂旋转机械设备中轴承温度场测量的要求。本文正是在这种背景下提出将光纤光栅传感技术应用于旋转机械设备轴承温度场的测量系统中,论文取得的成果如下: (1)熔融拉锥型光纤分路器是光纤通信中常见的连接器,通过对光分路器进行分光实验,掌握了分路器分光特性:光分路器分光次数与光源的光功率有关。通过理论分析和实验得出光纤弯曲半径与弯曲损耗之间的规律:弯曲半径越大,弯曲损耗越小。 (2)设计出一种适合旋转机械设备轴承分布式温度场测量的光纤光栅轴承温度传感器;通过ANSYS有限元温度场仿真分析对该传感器结构进行优化;对该传感器进行静态温度标定:封装在传感器中的光栅温度(T)与中心波长(入)成良好的线性关系;对光纤光栅轴承温度传感器的灵敏度、敏感度、稳定性、重复性进行了评估;搭建了一套基于光纤光栅传感技术的分布式轴承温度测量系统。


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