基于光纤传感的液压管路应变检测方法与应用研究

发布时间：2020-04-18 03:02

【摘要】：液压系统具有功率密度大、工作可靠等优点,在现代工业中应用十分广泛,管路是液压系统中的重要组成部件,通常工作在高温、高压、强振动的环境下,由多重激励耦合作用而产生振动,由此引发的系统故障十分常见。因此,振动与应变研究是管路系统健康监测与故障诊断的重要内容。针对液压管路的应变检测问题,本文基于光纤光栅传感器建立了应变检测系统。首先,建立液压管路实验系统并分析管路振动特性;其次研究了光纤光栅的管路应变检测方法并建立检测系统;然后,利用该系统对测试管路在不同载荷作用下进行应变检测与分析,验证光纤光栅应变检测的准确性;最后,将应变检测系统应用于卡箍松动故障识别中。论文的主要研究工作有:1.分析国内外管路应变检测与光纤光栅传感的研究现状,针对现存的应变检测问题,结合光纤光栅传感器的优势,提出将光纤光栅传感器应用于管路应变的分布式检测中。2.根据光纤光栅应变检测原理,研究了光纤光栅的管路应变检测方法;针对管路在工作中的振动状态与应变特征,分析了应变检测数据的处理方法;讨论了传感器布置问题,并建立基于分布式FBG传感的管路应变检测系统。3.研究了光纤光栅应变检测系统在动态特性实验以及不同模拟工况下管路应变检测中的应用,其测试结果表明:模态实验中,所获取的固有频率与加速度计测试结果相同,应变模态振型与理论分析结果一致;在恒定压力载荷下,管路产生轴向应变,该应变数值与内压成正比关系;在脉动压力作用下,应变信号能够准确反映压力脉动频率;在基础振动激励下,应变检测系统能够检测管路振动时的应变分布状态。4.研究了分布式光纤光栅应变检测系统在管路卡箍松动故障检测中的应用,在锤击激励与流体激励作用下,分别测量管路在卡箍松动前后应变响应,通过分析应变模态以及能量分布变化,实现对卡箍松动故障的判别。
【图文】：

液压管路,长期服役,流体脉动,外界振动

第 1 章绪论1.1 课题的研究背景及意义液压管路系统是压力流体介质的输送工具，广泛应用于航空航天、交通运输船舶动力、矿山冶金以及工程机械等领域，如图 1-1 所示。作为系统的重要组成部分，管路的可靠性是整个液压系统正常运行的重要保证。随着现代工业的发展液压技术逐渐趋向于高速、高压和大功率，液压系统工作时产生的振动和冲击问题受到人们越来越多的关注[1]。

振型图,应变模态,简支板,四阶

压力脉动幅值与频率下获取管路表面应变，通过与厚壁圆筒理论计算结果进行对比分析，验证了用应变片对压力脉动的频率与幅值进行检测的准确性。此外也有学者对于应变片的工作环境、粘贴方式以及应变测试中出现的问题开展相关实验研究[16]。压电薄膜是一种高分子智能材料，由于具有压电性可作为传感器使用，该类型传感器的电压灵敏度高、频率响应范围宽、机械加工性好[17]，常被应用在结构健康监测与智能结构之中。2000 年，Bor-TsuenWang[18]等将压电陶瓷 PZT 与PVDF 压电薄膜传感器粘贴于简单支撑板上，分别用作激励源与应变传感器，成功对简支板进行了实验模态测试，，如图 1-2 所示。2006 年，A.V.Shirinov[19]利用聚偏氟乙烯薄膜（PVDF）制作压力传感器，并研究其灵敏度、蠕变特性、响应时间等，可用于腐蚀性介质的压力变化测量。2016 年，胡亚峰[20]等将 PVDF 传感器标定后，用于复合材料爆炸冲击试验中弹性应力波的测量，结果表明其动态响应灵敏准确，与理论数据的相对误差小。但是压电薄膜传感器在形变时产生的电荷会从与薄膜连接的电路流失，只能对动态应变进行测量，因此在实际工程应用中存在一定的范围局限。第一阶模态振型第二阶模态振型
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH137;TH74

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