煤矿带式输送机轴承监测诊断系统及其应用

针对煤矿现有带式输送机轴承故障诊断存在的问题,提出了一种新型的煤矿带式输送机轴承监测诊断系统的设计方案。该系统以矿用本安型振动监测分析仪与矿用本安型振动加速度传感器为核心,结合数据库服务器与组态王上位机软件,实现了煤矿带式输送机轴承的振动、温度信号采集与处理、故障实时分析与智能诊断、趋势分析、报告生成等功能。实际应用表明,该系统可实时监测煤矿带式输送机轴承的运行状态并进行故障诊断,满足了煤矿带式输送机运行状态监测与在线诊断的实时性和准确性要求。     

一种新型四维加速度传感器研究

针对高档数控机床动态振动特性的健康监测需要,提出并研究了一种单惯性质量块的压电式四维加速度传感器。介绍了传感器的结构和工作原理,推导了其数学模型,运用ANSYS有限元软件对传感器的静态灵敏度、维间耦合和动态固有频率、维间耦合等特性进行了仿真研究。研究结果表明:该四维加速度传感器能够实现四维加速度的传感,线性度好、刚度高、理论固有频率大于25kHz,无静态维间耦合,低动态维间耦合,满足传感器的设计目标。     

一种结构解耦的新型应变式三维力传感器研究

维间耦合一直是制约多维力传感器精度提高的重要因素,结构解耦也一直是多维力传感器追求的目标。提出了一种新型三维力传感器,可用于Fx、Fz、My3个维度广义力的测量,其敏感原理是结构解耦的,因此可具有更高的精度。介绍了这种新型三维力传感器的结构并分析其敏感原理。采用有限单元法对应变式三维力传感器进行结构静力仿真,利用ANSYS后处理器提供的路径映射技术,精确地获得了应变片的贴片区域。仿真结果表明,该新型传感器与目前的应变式多维力传感器相比,维间耦合误差有明显改善,维间干扰由传统结构的3.56%降低至0.40%。     

一种基片式光纤光栅应变增敏传感器

针对传统裸光栅直接粘贴式应变传感器应变灵敏度小的缺陷,提出了一种基片式光纤光栅应变增敏传感器,通过设计杠杆增敏结构的封装基片实现对光纤光栅的应变增敏.该传感器具有较大的应变放大机制,其测量精度与稳定性超过了裸光纤光栅.建立了该传感器的理论感知模型,并进行了与有限元仿真分析.由等强度悬臂梁标定实验可得该传感器实际应变灵敏度为6.122 pm/με,与理论结果和仿真结果一致,且线性度达到0.99998.通过动态激振实验对该应变增敏传感器的动态响应进行研究,实验结果表明该传感器能够在0～100 Hz范围内保持一致的增敏效果,能够良好的跟踪动态应变.该传感器在大型机械装备的健康监测与故障诊断方面具有良好的应用前景.     

基于胶囊网络的风电机组主轴承故障诊断研究

为了实现对直驱式风电机组发电机轴承的故障诊断,根据传热学理论建立发电机轴承温度动态模型,通过模型获得发电机轴承产热和散热特征参数.结合一定周期内机组多传感器测量数据和轴承产热和散热特征,组成设备状态矩阵.使用胶囊网络,从状态矩阵中提取了轴承故障特征,实现了对风电机组发电机轴承的故障诊断.在针对实际风电机组的故障诊断试验...     

一种基于智能终端的温度/振动点检系统设计

工业设备在故障发生前通常伴随着异常振动或者局部超阈值高温，针对机械设备重要环节实施振动、温度监测对机械设备安全可靠运行和故障预警具有重要意义。鉴于当前设备状态点检系统自动化程度低、数据汇总滞后等问题，提出一种基于智能终端的温度/振动点检系统。系统由状态监测层、点检终端层和数据汇总层组成。状态监测层基于红外温度传感器和ICP型加速度传感器设计了便携式状态监测节点；点检终端层以Android系统为开发平台设计了终端软件，软件功能包括：数据曲线绘制、阈值报警、历史数据查看和数据统计参量获取等；数据汇总层利用Java和MySQL设计实现了数据库服务器。系统验证实验结果表明：状态监测节点加速度、温度测量准确，相比于标准测量系统，本系统加速度测量最大相对误差为0.21%，终端软件和数据库服务器运行正常，符合预期设计目标。     

空间大型机械臂末端12维传感器设计及应用

针对空间大型机械臂,设计了12维传感器,在6维力/力矩传感器基础上一体化设计了6维加速度传感器,并集成了基于FPGA(现场可编程门阵列)的高速多通道数据采集系统.采用最小二乘法和静、动态标定方式对力矩和加速度传感器分别进行了标定.设计的传感器具有维间耦合小、集成度高、易于安装、可靠性高等优点.最后,将设计的12维传感器安装在大型机械臂末端,进行了残余振动抑制试验.实验结果表明,利用此12维传感器的加速度信息,可有效地补偿惯性力、抑制机械臂末端的残余振动,设计的传感器合理可行.     

MEMS力平衡加速度传感器以测量误差最小为目标的控制算法

力平衡传感器(FBA)测量加速度是由反馈控制力与外界惯性力平衡时的控制力计算得到的,力平衡控制算法是力平衡传感器的核心.传统控制算法多以敏感元件偏移平衡位置最小为目标,限制了力平衡加速度计的测量精度和适用带宽.本文以MEMS力平衡传感器为对象,提出了一种以测量误差最小为目标的力平衡加速度计最优控制算法.引入测量误差新变量,将难以处理的力平衡控制转化为以响应最小为目标的经典控制问题,在此基础上获得了最优控制力的解析表达式,实现了对未知加速度信号的实时高精度检测.分别针对三种不同类型的输入加速度信号（阶跃、周期和随机）进行检测仿真,发现提出的算法能够准确地检测各类输入加速度信号,测量信号频带达kHz量级,同时在该控制算法下敏感元件的振动响应也得到有效控制,保证了加速度传感器的大动态范围.研究成果可为高精度和宽频带力平衡加速度传感器的研究提供基础.     

轮轨激励下含局部缺陷的高速列车轴箱轴承动力学仿真分析

轴箱轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件,在复杂轮轨激励的作用下容易出现由疲劳、过载等原因导致的失效,影响列车的行车安全.采用UM/Simulink联合仿真的方式,建立了含局部缺陷的轴箱轴承-柔性轴箱-车辆系统耦合动力学模型,研究了不同工况下轴承外圈、内圈和滚子存在单一局部缺陷时系统的动力学响应,分析了轨道不平顺、车轮失圆等轮轨激励对轴箱轴承故障响应的影响.此外,通过对轴箱箱体及轴箱转臂的振动响应进行对比分析,确定了轴箱上提取故障冲击响应的最佳测点位置.相关结果对于指导高速列车轴箱轴承的状态监测和故障诊断具有一定的工程应用价值.     

基于ZigBee的无线振动传感器设计与实现

基于振动分析法的变压器带电监测方法是一种有效且便利的变压状态监测手段.目前大多数振动监测系统均采用有线的ICP压电加速度传感器采集变压器油箱壁振动,对现场带电监测和安全存在诸多不便和问题.设计了一种基于最新MEMS振动传感元件和ZigBee无线通信的振动传感器,可用于多振动测点无线网络的电力变压器油箱表面振动监测方案.测试和实际现场使用表明,设计的振动传感器技术性能指标满足变压器振动检测要求,能够应用于变电站中的电力变压器带电振动监测和故障诊断.     

基于AMI602传感器的载体姿态测试系统

针对捷联式载体姿态测试系统中存在的抗干扰能力差、不能很好地消除坐标误差以及姿态角测量范围的局限性等缺陷,提出了一种基于集加速度、地磁于一体的6维AMI 602动作传感器的姿态测试系统。通过AMI 602动作传感器输出6维数据结合加速度和地磁2个常量来确定载体在空间中的姿态。测试表明:该系统能解决上述缺陷,且具有精度高、功耗低、小型化等特点,可应用于GPS、手机、游戏设备等姿态测量领域。     

Tikhonov正则化广义最小化求解振动速度

高精度生产及检测设备对环境微振动有较高要求,基于振动速度幅值计算的微振动等级可对环境振动情况进行定量评估.由于振动速度传感器难以实现对低频微振动的直接测量,因此需要使用低频高灵敏度的振动加速度传感器测量加速度信号,通过积分算法间接实现对振动速度的测量.基于Tik-honov正则化的广义最小化求解振动速度方法采用向量乘法运算、多线程并行运算实现对振动速度的快速测量;通过调节广义化阶数和正则化因子实现对不同环境的测量,克服了现有积分算法针对不同测量环境的适应性和计算速度等方面的不足.经实验验证,在有效抑制低频噪声的情况下,能够最大化地保留低频信息,较好地再现振动信号的时域瞬时特性.     

基于长周期光纤光栅的动态轴向应变传感器

基于高频CO2激光脉冲写入的新型长周期光纤光栅(LPFG)独特的弯曲特性,提出了一种新的动态轴向应变传感器设计方法。该方法利用新型LPFG向特定方向弯曲时,谐振峰幅值与波长随光栅弯曲率的改变而灵敏地发生线性改变的特性,将动态轴向应变转化为LPFG弯曲曲率的动态改变进行测量。理论和实验表明:系统最后探测到的交流电压随轴向应变的增加而增大,应变灵敏度可达57.56mV/10-6。在施加频率为300 Hz、其值为0.69×10-6的动态轴向应变时,分辨力可达1.6×10-9/H z,信噪比可达61 dB。该方法可用于制作操作简单、分辨力高,成本低廉的动态轴向应变传感器。     

高频响小体积三轴加速度计设计与实现

设计了一种基于微机电系统(MEMS)技术的高频响三轴加速度计,内部集成滤波电路和放大电路,实现了传感器与变换器的一体化.电路设计简单可靠,功耗低,稳定性好.电路板的结构采用刚挠结合印制板的设计,保证了传感器输出的高精度和低噪声特性.整机结构体积小巧,刚性好,3个方向的频率响应均可以达到5 kHz,实现了一个测点3个方向高频加速度参数的测量.通过性能指标校验和实验验证,证明传感器具有测量精度高、热灵敏度漂移小、横向效应低等优点,可应用于航空航天等领域.     

卡尔曼滤波在桥梁健康监测系统中的应用研究

针对传统的桥梁位移测量方法的不足,提出了采用双轴加速度传感器进行桥梁位移测量的原理和方法,即利用双轴加速度传感器能同时敏感两个互相垂直的方向上的加速度,从而经过有效的信号处理可获得桥梁的振动位移;讨论了低频噪声对桥梁位移测量的影响;提出以卡尔曼滤波原理为基础的信号处理方法来提高测量精度,抑制噪声,并得到两个方向的位移信息;仿真结果表明了本滤波方法的有效性。     

一种新型六维加速度传感器原理研究

为克服现有六维加速度传感器的不足,提出并研究了一种单惯性质量块的压电式六维加速度传感器。介绍了传感器的结构和工作原理,推导了其数学模型,运用ANSYS有限元软件对传感器的灵敏度、维间耦合度、固有频率等特性进行了仿真研究。研究结果表明：该六维加速度传感器能够实现6维加速度的传感;各维间的耦合属于线性耦合,可通过简单的矩阵运算予以完全解耦;固有频率有望比现有3维线加速传感器或3维角加速度传感器提高3倍以上。     

一体化结构三维加速度传感器的设计

设计了一种基于单惯性质量块的一体化结构三维加速度传感器。采用一种特殊结构的弹性体元件,实现了三维加速度量都利用剪切应变测量。利用有限元工具对传感器静态和动态特性进行了分析,给出了弹性体的应变分布、固有频率等。有限元分析计算和实验结果表明:所设计的传感器在3个正交方向上都有较高的灵敏度,各加速度分量互相干扰小。其交差灵敏度小于6.5%,非线性误差小于2%,固有频率大于1700Hz。     

变截面舵面结构全场瞬态变形测量及振动特性分析

搭建了一套全场非接触应变测量系统,对变截面舵面结构受随机载荷激励作用下的变形及振动特性进行实验研究。实验以2A12铝合金材料制成的变截面舵面结构为试验对象,采用高分辨率的相机记录舵面结构全场清晰的散斑图像,然后利用三维数字图像相关方法对其结构表面的连续变形进行直接测量,同时利用傅里叶变换对采集到的散斑图像进行振动特性分析,获得变截面舵面结构的模态频率和模态振型。为验证非接触测量得到的振动特性结果的准确性,用小质量加速度传感器得到的振动响应信号进行对比。试验结果表明,在0~500Hz的测试频段内,三维数字图像相关方法辨识变截面舵面结构前三阶模态参数与加速度传感器测量结果非常吻合,前三阶固有频率误差在2%以内,阻尼比误差在6%以内,前二阶模态振型均为弯曲模式,第三阶模态振型为弯曲扭转耦合模式,验证了三维数字图像相关的全场振动测量技术的有效性,为高温环境及非线性变截面舵面结构非接触振动测试提供依据。