机械振动的双光栅传感理论与实验研究

机械振动的双光栅传感理论与实验研究
出版时间： 2017年版
内容简介
　　本书研究内容主要来源于国家863攻关计划“采煤机工作可靠性智能监测技术”中的子课题“采煤机机械状态多参量光纤光栅感知技术——2013AA06A411”、湖北省科技支撑计划项目“基于光纤传感技术的重大机械装备（群）健康监测与故障诊断服务云平台——2015A2028”两个课题。本书首先阐述了使用光纤光栅传感技术对机械振动进行监测的背景和意义，并解释了选择双光栅进行监测的优点。主要内容有：利用FBG耦合方程的数值积分方法，探讨非均匀温变和非均匀应变对FBG光谱的影响;设计了针对线性振动的双FBG强度测量方法;将双光纤光栅按照一定角度安装在转轴表面，建立了双光栅中心波长差与转轴的转矩和扭转角的定量关系；针对轮齿形变及振动的光纤光栅传感，研究了两个普通FBG反射谱的特征波长与温度、扭矩和扭转角的定量关系。本书从理论及实验方面研究了采用双光纤光栅解决机械振动的在线监测问题，全书层次清晰、结构完整、语言流畅，可供从事光纤传感、光纤通信、传感应用专业的教学、科研、工程技术人员参考阅读。
目录
第1章绪论1
1.1课题来源1
1.2研究背景与意义1
1.3研究现状3
1.3.1机械线振动的传感技术4
1.3.2转轴扭转角的传感技术10
1.3.3齿轮应变与振动的传感技术14
1.3.4光纤光栅传感技术在机械振动监测中的
科学问题16
1.4课题内容与组织结构18第2章光纤光栅的传感光谱特征分析21
2.1非均匀温变下光纤光栅的反射谱21
2.2非均匀应变下光纤光栅的反射谱26
2.3动态应变下光纤光栅的反射谱31
2.4超结构光纤光栅的光谱特征35
2.4.1非均匀应变和温变对超结构光栅
光谱的影响35
2.4.2耦合系数对超结构光栅光谱的影响42
2.5双啁啾光纤光栅的反射谱51
2.6本章小结54第3章传感振子分析55
3.1振子的振动方程56
3.1.1等效力学模型及振动方程56
3.1.2频率响应函数58
3.2振子的灵敏度和固有频率60
3.2.1悬臂振子的灵敏度和固有频率60
3.2.2桥式振子的灵敏度和固有频率66
3.3振子的ANSYS分析70
3.3.1悬臂振子70
3.3.2桥式振子72
3.4本章小结74第4章线振动的双光栅传感方法75
4.1线振动的双光栅传感75
4.2双光栅反射谱的理论计算77
4.2.1双光栅反射谱的波长差77
4.2.2双光栅的反射光强78
4.3线振动的实验结果与讨论81
4.3.1光栅波长差的影响82
4.3.2加速度幅值的影响84
4.3.3频率测量范围实验86
4.4悬臂梁倾角的影响87
4.4.1理论与计算87
4.4.2实验结果与讨论89
4.5本章小结93第5章转轴角振动的双光栅传感方法95
5.1转轴角振动的力学基础96
5.1.1扭矩与应变96
5.1.2扭矩与扭转角97
5.2转轴角振动的双光栅传感实验98
5.2.1双FBG光栅的波长差100
5.2.2基于波长解调的扭矩传感实验102
5.3转轴角振动的双啁啾光栅传感实验106
5.3.1双啁啾光栅的反射光强108
5.3.2双啁啾光栅反射光的光电转换110
5.3.3基于双啁啾光栅的扭矩传感实验111
5.4本章小结117第6章齿轮振动的双光栅传感方法119
6.1齿轮传动系统的基础理论119
6.1.1轮齿变形119
6.1.2齿轮传动系统的动力学123
6.2轮齿振动的光纤光栅传感实验130
6.3本章小结138第7章总结与展望139
7.1课题总结与创新点139
7.1.1课题总结139
7.1.2课题创新点142
7.2研究展望143参考文献145