自调整复合级联形态滤波算法及应用

针对反射式光纤位移传感器拾取的润滑膜厚度信号中的脉冲和随机噪声干扰,提出一种自调整复合级联数学形态滤波算法。采用三角结构元素和半圆结构元素,通过开闭和闭开组合滤波及串联构造了复合级联形态滤波算法。仿真结果表明,复合级联滤波算法可提高信号的信噪比。针对传统形态滤波方法结构元素宽度随机选取造成滤波后信号信噪比低的问题,通过在不同采样频率情况下对不同信号进行滤波仿真计算,提出一种结构元素参数自调整选取方法。仿真实验和对实际润滑膜厚度信号滤波处理结果表明,自调整复合级联形态滤波算法可有效滤除信号中的脉冲干扰和随机噪声干扰。     

光纤动态检测技术的研究与进展

首先,在论述光纤传感器基本理论和技术的基础上,重点以两类典型的传光型光纤传感器——反射式光纤位移传感器及透射式光纤传感带为对象,讨论了其检测原理和关键技术,以及在大型旋转机械支承——滑动轴承的润滑膜状态信息和转子振动信息、航空发动机涡轮叶尖间隙、燃油流量及人体位姿信息等重要工程参数检测中的应用;其次,分析了两种典型的传感型光纤传感器——光强调制型光纤曲率传感器和Bragg光纤光栅传感器的检测原理和关键技术,并介绍了它们分别在机匣变形动态测量和齿轮应力应变动态测量中的应用;最后,基于这两类典型光纤传感器的特点及工程应用,对光纤动态检测技术进行了总结和展望。     

基于全有限元模型的直齿轮动态响应特性研究

在直齿轮传动系统中，啮合刚度是最重要的内部激励源，其引起的加速度响应特征是对齿轮进行状态监测与故障诊断的重要依据。首先，针对传统集中参数法建立的动力学方程的不足之处，采用2节点梁单元建立了齿轮传动系统全有限元动力学模型；其次，考虑齿轮基圆与齿根圆不重合的情况，采用通用齿廓曲线方程获得完整齿廓曲线的描述模型，进而获得了不同失效形式下的齿轮啮合刚度曲线；最后，采用数值方法对动力学模型进行求解，并与实验观测结果进行对比分析。仿真结果表明，在齿轮局部故障的情况下，其时域图形出现了以主动轮旋转周期为间隔的冲击成分，频域中则在啮合频率附近出现了以主动轮转频为间隔的边频带，冲击成分在时域与频域中的强度与局部故障的程度呈正相关关系。实测加速度信号与理论仿真结果呈现了一致的特点，证明了文中所采用方法的正确性。     

光纤光栅传感信号解调技术研究

针对现有解调系统不能保证驱动电压的周期完整性的不足,提出了一种基于实时参考光路和可调谐FP腔滤波器的光纤光栅波长解调系统设计方案.其中,硬件信号调理电路由二级放大电路和二阶低通滤波电路组成,具有高信噪比、低成本等特点;软件分析处理模块含有实时数据采集、处理及保存功能的高精度上位机程序,并提出了采样点补偿算法使驱动电压能够在任何情况下都以完整的周期驱动.实验结果表明:所提出的光纤光栅波长解调系统最大测量误差为34 pm,测量范围为40 nm,最大调谐速度为100 Hz,能够对光纤光栅波长信息进行实时数据采集与处理,满足工程实际需要.     

行星齿轮箱齿根应变的光纤光栅测量方法

针对行星齿轮箱故障诊断的需求,以及内齿圈齿根应变难以准确测量的工程实际问题,提出了一种光纤光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)动态测量内齿圈齿根应变的方法。首先,通过理论分析,仿真计算得到了内齿圈齿根应变的分布曲线以及变化曲线;其次,研究了光纤光栅在非均匀应变场作用下的传感原理,从测点布置以及测量系统构建等角度分析了所提出的测量方法;最后,在行星齿轮箱实验台上开展了内齿圈齿根应变的测量实验。实验与仿真结果对比分析表明,利用所提出的测量方法获取的内齿圈齿根应变信号表现出明显的单、双齿交替啮合区间,且每个区间的范围以及各区间下齿根应变的大小与理论计算结果具有较好的一致性。与传统方法相比,该方法更加适用于行星齿轮箱内狭小空间下齿根应变的在线测量任务。     

水膜厚度光纤检测系统

针对海水泵滑靴副水膜厚度测量需求,利用反射强度调制型位移光纤传感器工作原理设计并实现了一种水膜厚度检测系统。设计了与海水泵结构相对应的光纤探头,其采用具有较好补偿功能的三圈同轴型光纤束结构消除了由光源强度、反射表面性质以及光纤光强损耗和弯曲损耗等因素带来的影响;开发了由光源模块、电源模块、光电转换模块、低通滤波模块、信号比值模块等组成的前置器用于信号调理。对开发的水膜厚度光纤检测系统进行了静态性能和动态性能测试实验,结果表明:该检测系统的测量精度可达微米级,测量系统的量程为1 000μm,灵敏度为3.45mV/μm,动态性能良好,满足了对海水泵水膜厚度的检测需求。