基于激光多普勒效应的轴系振动综合测量研究

发布时间：2017-06-30 11:07

  本文关键词：基于激光多普勒效应的轴系振动综合测量研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旋转机械被广泛的应用于工业压缩机、航空发动机、涡轮机以及各种电动机等机械装置中,旋转轴系是保证其正常运行的关键。对旋转轴系弯曲振动和扭转振动的监测是鉴别和确定机械设备工作可靠的重要手段。目前轴系弯扭振动一般采用独立测量的方式,但是由于弯曲、扭转振动相互耦合,使得测量信息难以准确表征出轴系的振动特性。本文基于激光多普勒振动测量技术,提出一种对旋转轴系综合振动测量的方法,以实现轴系弯曲振动和扭转振动的同时测量。设计出一种基于激光多普勒振动测量技术的弯扭振动综合测量系统,即采用同一激光源经多路分光装置产生双光束,获得轴系同一截面不同测点的瞬时速度,通过双光电探测器消除不同方向振动干扰,实现弯曲、扭转振动的同时测量。基于多普勒的频移原理,结合光学差拍及参考光技术,构建了光学系统的数学模型,并进行了理论推导。搭建了系统实验平台,并完成了相应实验。通过信号的去噪、放大等预处理,获得了反映相干光频差的交流分量,并基于MATLAB软件的数据处理平台,采用时频分析中的谱图重排方法获得多普勒频移值,通过解算出轴系的瞬时转速与弯曲振动值,实现了弯曲振动和扭转振动的准确测量。另外,对数控铣床切削主轴进行了在线振动测量,结合设定转速对比表明:该测量系统具有小于±1 mm/s的瞬时速度测量偏差,可满足旋转状态下轴系振动的综合测量。探究了玻璃微珠和微棱镜结构反射膜对轴系振动多普勒信号的影响,并对不同反射膜进行了测试与对比,结果表明:在被测轴系表面粘贴一层反射特性显著的玻璃微珠反射膜,能够有效改善轴系粗糙表面形成的散斑干扰以及旋转轴系对激光反射不敏感对测量结果的影响。最后,对弯扭振动测量系统进行了初步不确定度分析,证明了系统的可行、可靠,同时也为更高转速及精度的测量提供了参考依据。
【关键词】：弯曲振动 扭转振动 激光多普勒 时频分析 测量不确定度
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH17
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究目的及意义9-11
• 1.1.1 研究目的9
• 1.1.2 研究意义9-11
• 1.2 激光多普勒振动测量技术研究现状11-15
• 1.2.1 国内外研究现状11-13
• 1.2.2 激光多普勒振动测量技术发展趋势13-15
• 1.3 课题来源及研究内容15-16
• 1.3.1 课题来源15
• 1.3.2 研究内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 2 激光多普勒测振理论概述17-31
• 2.1 光学多普勒效应17-19
• 2.2 振动物体散射光的多普勒频移19-21
• 2.3 光学差拍原理21-23
• 2.4 激光多普勒测量轴系振动的常用光路结构23-26
• 2.5 轴系振动的激光多普勒测量方法26-30
• 2.5.1 差动式激光多普勒扭振测量26-27
• 2.5.2 双光束激光多普勒扭转振动测量27-28
• 2.5.3 双频激光多普勒扭振测量28-29
• 2.5.4 自混频激光多普勒振动测量29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 3 激光多普勒振动测量光学系统的设计31-42
• 3.1 测量系统光路的设计31-36
• 3.1.1 光学测量方案31-32
• 3.1.2 测量方案的改进32-35
• 3.1.3 光学系统的特点35-36
• 3.2 测量系统的组成36-41
• 3.3 本章小结41-42
• 4 测量系统信号的处理42-57
• 4.1 多普勒信号的特点42-43
• 4.2 多普勒信号的处理方法43-45
• 4.3 测量信号的时频分析45-54
• 4.3.1 时频分析的性能评价45-46
• 4.3.2 短时傅立叶变换46
• 4.3.3 WIGNER-VILLE分布46-50
• 4.3.4 时频分布谱图的重排50-51
• 4.3.5 不同时频函数分析结果的对比51-54
• 4.4 测量系统信号处理方案54-55
• 4.5 本章小结55-57
• 5 实验验证与分析57-72
• 5.1 测量系统的搭建57-59
• 5.1.1 光学系统57-58
• 5.1.2 数据采集及分析系统58-59
• 5.2 振动测量实验59-68
• 5.2.1 不同反射膜测量对比实验59-63
• 5.2.2 低速可行性验证实验63-67
• 5.2.3 数控铣床在线测量实验67-68
• 5.3 测量系统不确定度分析68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 总结72
• 6.2 展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士期间的学术论文及科研成果79

  本文关键词：基于激光多普勒效应的轴系振动综合测量研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：501671