全绝缘多悬臂梁光纤光栅振动传感器及其解调系统研究

发布时间：2018-02-13 19:24

  本文关键词： 振动传感器 多悬臂梁 光纤Bragg光栅 全绝缘 解调系统　出处：《昆明理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：振动信号是机械、化工及电力设备等装置的重要工况参数之一,它的可靠、在线检测对保障安全生产具有现实意义。常规的电学振动传感器不适于易燃易爆等特殊工作场合,在强电磁场环境中易受干扰,且信号传输距离有限。而基于光纤Bragg光栅的振动传感器具有强绝缘性、抗腐蚀性、抗电磁干扰等显著优点,能够弥补前者不足。本文针对单悬臂梁结构振动传感器易产生挠度和转角的缺陷,研究了一种采用全绝缘材料的多悬臂梁光纤Bragg光栅振动传感器及其解调系统。主要工作内容如下:(1)分析了多悬臂梁光纤Bragg光栅振动传感器的测量原理,设计了一种光纤Bragg光栅振动传感器结构,建立了其传感模型;通过静态有限元分析与模态有限元分析结果对多悬臂梁结构参数进行优化;基于3D打印技术,研制了全绝缘光纤光栅振动传感器。(2)设计并开发了光纤Bragg光栅振动传感器解调系统,解调系统工作带宽可达80nm,输出功率可调,解调频率高达5kHz,实现了振动传感信号的实时采集、处理。(3)搭建了光纤光栅振动传感器测试平台,实验数据分析表明:所研发的传感器灵敏度为6.27pm/g,线性度为3.3%,重复性误差为6.475%FS,迟滞为±5.19%FS,固有频率为240Hz,工作带宽可达170Hz能够满足大多数工业设备故障所致的低频振动状态检测需求。
[Abstract]:Vibration signal is one of the important working condition parameters of mechanical, chemical and power equipment. Its reliability and on-line detection are of practical significance in ensuring safe production. Conventional electrical vibration sensors are not suitable for special work conditions, such as flammable and explosive, etc. The vibration sensor based on fiber Bragg grating has the advantages of strong insulation, corrosion resistance, electromagnetic interference and so on. In this paper, the single cantilever structure vibration sensor is easy to produce deflection and angle defects. A multi-cantilever fiber Bragg grating vibration sensor and its demodulation system are studied in this paper. The main work is as follows: 1) the measurement principle of the multi-cantilever fiber Bragg grating vibration sensor is analyzed. A structure of fiber Bragg grating vibration sensor is designed and its sensing model is established. The structural parameters of multi-cantilever beam are optimized by static finite element analysis and modal finite element analysis. The demodulation system of fiber Bragg grating vibration sensor is designed and developed. The working bandwidth of the demodulation system is up to 80 nm, the output power is adjustable, the demodulation frequency is up to 5 kHz, and the real-time acquisition of vibration sensing signal is realized. The testing platform of fiber Bragg grating vibration sensor is built. The experimental data show that the sensor has a sensitivity of 6.27 pm / g, a linearity of 3.3, a repeatability of 6.475 FSs, a hysteresis of 卤5.19 FSs, a natural frequency of 240 Hz and a bandwidth of 170 Hz, which can meet the requirements of low-frequency vibration state detection caused by the failures of most industrial equipment.
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212

【参考文献】

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本文编号：1508918