基于光纤光栅的磁力轴承磁场传感与测量系统

发布时间：2017-06-27 04:01

  本文关键词：基于光纤光栅的磁力轴承磁场传感与测量系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁力轴承电磁场的分析是研究磁力轴承的重要组成部分。由于磁力轴承的复杂性以及结构的特殊性，气隙中磁场的实际测量很难实现。基于光纤光栅的独特优势，提出将磁致伸缩元件与光纤光栅相结合，设计一个磁场传感器来实现对磁力轴承中的电磁场的实际测量，并且通过设计的U型线圈产生的磁场对磁场传感器性能测试。 本文以八极径向磁力轴承（采用NNSS磁极布置方式）为对象，首先分析了它在转子静止悬挂、转子旋转以及对线圈加载不同频率的动态电流这三种情况下，磁力轴承气隙中电磁场的分布情况。在此基础上，得出所需设计磁场传感器的量程以及安装位置。然后，分析了磁场传感器测量磁场的传感原理，主要包括光纤光栅的传感原理、磁致伸缩的传感原理。最后对设计的磁场传感器进行性能测试。 核心内容是设计磁场传感装置并对其静态、动态性能进行测试。在设计磁场传感器中，主要是针对磁致伸缩元件的尺寸大小、粘贴方式以及安装位置来讨论。在性能测试部分，首先设计U型线圈来模拟磁力轴承气隙中的磁场，主要包括设计它的线圈匝数、气隙。最后进行实验测量，在静态实验中主要做的工作是：（1）电流-磁场关系的理论值与实测值的比较；（2）得出磁感应强度与波长偏移的关系。在动态实验中，主要做的工作是：通过对U型线圈施加相同幅值不同频率的动态电流，得出不通过频率下波长偏移的变化规律，由于信号干扰还对数据进行FFT分析。通过数据分析处理，可以看出本文所设计的FBG磁场传感装置具有较好传感性能，，可以用于磁力轴承气隙磁场的测量。
【关键词】：磁力轴承 电磁场 光纤光栅 磁致伸缩元件 磁场传感器
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.3;TP212
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究目的与意义9-10
• 1.2 国内外现状研究10-14
• 1.2.1 磁力轴承磁场测量研究现状10-11
• 1.2.2 基于光纤光栅的磁场测量研究现状11-14
• 1.3 论文研究的主要内容14
• 1.4 项目来源14-15
• 第二章 磁力轴承电磁场的理论分析15-25
• 2.1 磁力轴承静态电磁场的分析16-19
• 2.2 转子旋转时电磁场的分析19-21
• 2.3 加载动态电流时电磁场的分析21-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第三章 基于光纤光栅的磁力轴承磁场传感机制25-35
• 3.1 光纤布喇格光栅传感基本原理25-27
• 3.2 磁致伸缩传感的基本原理27-32
• 3.2.1 磁致伸缩效应27-29
• 3.2.2 超磁致伸缩材料的选择29-32
• 3.3. 基于 FBG 的磁场传感原理32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 光纤光栅磁场传感器的设计与性能评估35-60
• 4.1 磁场装置的设计36-39
• 4.2 FBG 磁场传感装置的设计及安装39-42
• 4.2.1 磁致伸缩元件尺寸的选择39-40
• 4.2.2 FBG 粘贴方式40-41
• 4.2.3 FBG 磁场传感装置的安装41-42
• 4.3 FBG 磁场传感器的性能评估42-52
• 4.3.1 静态性能测试43-47
• 4.3.2 动态性能测试47-52
• 4.4 磁力轴承气隙磁场的测量52-58
• 4.4.1 静态磁场测量54-56
• 4.4.2 转子旋转时磁力轴承气隙磁场的测量56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第五章 总结与展望60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 彭晖;苏洋;李玉权;;线双折射对光纤光栅磁场传感器性能影响的理论分析[J];传感器世界;2008年10期

2 熊燕玲;赵洪;张剑;肖孟本;;基于超磁致伸缩材料的光纤光栅交流电流传感系统[J];电工技术学报;2006年04期

3 李宝树;钟小江;仝卫国;;基于磁致伸缩效应的FBG电流传感器[J];电工技术学报;2009年01期

4 徐亚雪;秦会斌;郑梁;李方芳;陈晓宁;邵李焕;;磁场分布测量系统的设计[J];电子器件;2009年02期

5 赵伟锋,盛秋琴,董孝义,黄培忠,刘志国,余有龙;悬臂梁光纤光栅磁场传感器(英文)[J];光电子·激光;2001年01期

6 胡涛;赵勇;吕志伟;陈菁菁;;光纤磁流体F-P电磁场传感器[J];光学精密工程;2009年10期

7 郭玉彬,葛璜;光纤 Bragg 光栅的研究[J];光学精密工程;1999年01期

8 廖帮全,冯德军,赵启大,周广,开桂云,董孝义;光纤布拉格光栅电流传感的理论和实验研究[J];光学学报;2002年09期

9 彭晖;苏洋;李玉权;陈鹏;吴伟磊;朱英勋;;基于光纤光栅的磁场测量新方法[J];光学学报;2008年09期

10 陈洁;秦明;黄庆安;;MEMS磁场传感器的设计及测试[J];东南大学学报(自然科学版);2011年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 丁国平;磁力轴承电磁场的相关理论和实验研究[D];武汉理工大学;2008年

  本文关键词：基于光纤光栅的磁力轴承磁场传感与测量系统，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：488438