探讨基于光纤光栅磁耦合传感器叶尖定时法振动监测-

论文导读：
摘要：通风机是煤矿生产中的特大型关键设备之一,被形象地称为“矿井肺脏”。旋转叶片是通风机的核心零部件,叶片振动超标会对通风机的安全性和可靠性造成严重影响。由于通风机叶片通常在高粉尘、高油污的恶劣环境下工作,现有传感器很难满足对叶片振动的实时在线监测需求。本论文提出了基于光纤光栅磁耦合传感器的叶尖定时法,来对通风机叶片振动进行探讨和浅析,旨在实现对叶片振动的远距离非接触式实时安全在线监测。相比电类传感器和光纤光强反射式传感器,光纤光栅磁耦合传感器具有本质防爆、能在空气潮湿、高粉尘、高油污等恶劣环境下良好工作、可实现远距离信号传输、易于与其它光纤光栅传感器联合组成网络以实现多参数分布式在线监测等显著优势。针对所提的这种策略,本论文进行了探讨。现阶段所做主要工作包括以下几个方面：(1)探讨了叶片振动产生的机理以及反应叶片振动的三个主要参数：振动应力、振型、固有频率；在此基础上列举了叶片的静频以及动频的论述计算公式,为后面探讨叶片振动监测打下论述基础。(2)在前人的基础上研制出了光纤光栅与磁铁探头相结合的传感器,并将其作为叶尖定时传感器来利用。根据传感器叶尖定时信号同步转换论述浅析,光纤光栅解调仪解调出光纤光栅中心波长λB(t)的最大值所对应的时间信号即为所求的叶片端部到达叶尖定时传感器的时间脉冲信号。此时光纤光栅中心波长λB(t)最大值只是作为阀值利用。这以原理上论证了该传感器作为叶尖定时传感器用于叶片振动监测思路的可行性。(3)运用ANSYS对光纤光栅磁耦合传感器结构进行了模态浅析,得出了其前10阶振型以及每阶振型所对应的论述固有频率。以第一阶振型开始,依次浅析传感器各阶振型,发现其第三阶振型是膜片带动光纤光栅沿磁铁探头轴向振动,所对应的论述固有频率为79.5Hz是本论文所需重要参数。(4)通过振动实验得知传感器实际固有频率为85Hz左右。通过静态位移实验和转速实验确定了传感器安装时磁铁探头与所测叶片之间的合适距离范围为2.5mm-4mm。分别进行正常叶片以及在某一叶片上开一个长17mm、宽1mm缝隙的破坏叶片振动实验,比较浅析两组叶片均在831r/min下的振动数据,可得正常叶片振动实验时,4个叶片振幅均为0.339mm；破坏叶片振动实验中开缝叶片振幅为1.372mm,与其成180度角的叶片振幅为0.339mm,其余两叶片振幅为0.248mm。通过比较浅析可知运用本策略监测叶片振动具有可行性。关键词：叶片振动论文叶尖定时论文光纤光栅论文磁耦合论文传感器论文
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ABSTRACT6-11
第一章 绪论11-23

1.1 论文的工程背景11-12

1.2 通风机的安全监控与故障诊断近况12-14

1.3 旋转机械叶片振动监测14-20

1.3.1 叶片安全可靠的重要作用14-15

1.3.2 国内外旋转叶片振动检测策略及其进展15-19

1.3.3 论文探讨的作用19-20

1.4 光纤技术在安全监测中的运用近况20-21

1.5 本论文主要内容21-23

第二章 叶片振动相关论述23-33

2.1 叶片激振形式23

2.2 叶片故障及理由23-24

2.3 反映叶片振动的几个主要参数24-25

2.4 叶片的三种振型25-27

2.4.1 弯曲振动25-27

2.4.2 扭转振动27

2.4.3 复合振动27

2.5 叶片固有频率计算27-31

2.5.1 叶片的静频率28-30

2.5.2 叶片的动频率30-31

2.6 本章小结31-33

第三章 基于光纤光栅磁耦合的叶尖定时测量策略33-55

3.1 叶尖定时法测振原理33-34

3.2 叶尖定时测量信号的浅析策略34-39

3.

2.1 异步振动的测量策略34-36

3.

2.2 同步振动的多传感器测量策略36-39

3.3 各种传感原理比较选择39-41

3.4 光纤磁耦合传感器的结构41-42

3.5 传感器有限元浅析42-47

3.5.1 有限元介绍42-43

3.5.2 传感器模态浅析43-47

3.6 光纤光栅传感相关论述47-51

3.6.1 光纤光栅传感原理47-48

3.6.2 光纤光栅的轴向应力特性48-49

3.6.3 叶尖定时信号同步转换策略浅析49-51

3.7 信号解调设备与解调原理51-53

3.8 本章小结53-55

第四章 传感器性能实验55-89

4.1 传感器的特性参数55-58

4.

1.1 传感器的静态特性参数55-58

4.2 传感器静态位移实验58-64
4.

2.1 实验装置及原理58-59

4.

2.2 实验步骤与数据59-60

4.

2.3 实验数据浅析60-63

4.

2.4 实验结论63-64

4.3 传感器振动实验64-73
4.

3.1 实验装置64-65

4.

3.2 实验步骤与原理65-67

4.

3.3 实验数据浅析及结论67-73

4.4 传感器转速动态实验73-75

4.5 正常叶片振动测试实验75-83

4.5.1 实验系统装置75-76

4.5.2 实验步骤76-77

4.5.3 数据浅析77-83

4.6 破坏叶片振动测试实验83-88

4.6.1 实验装置与步骤83-84

4.6.2 数据比较浅析84-88

4.7 本章小结88-89

第五章 总结与展望89-91

5.1 全文总结89-90

5.2 革新点90

5.3 展望90-91

致谢91-93
参考文献93-95