基于内调制的光纤干涉振动测量系统研究

研制了一种基于内调制的光纤干涉振动测量系统。对分布式反馈激光器(DFB)进行电流内调制,产生正弦频率调制单频激光。经光纤环形器与光纤微探头输出测量光对振动源进行干涉测量,返回的测量光与光纤微探头自反射的参考光进行干涉获得相位生成载波(PGC)干涉信号。基于可编程逻辑门阵列(FPGA)数字信号处理平台设计了PGC干涉信号解调算法,通过5参数椭圆拟合提取附加光强调制等因素引入的误差系数,对相位非线性误差进行补偿,实现振动位移的高精度测量,并采用快速傅里叶变换(FFT)算法对振动位移频谱进行分析。进行了理论分析并搭建了振动测量系统,开展了干涉信号解调实验、位移测量实验和振动测量实验。实验结果表明,该系统的振动频率范围覆盖1142 Hz;在10μm的位移步进实验中,测量结果的平均偏差为0.173μm;振动频率的分辨力为1.221 Hz,谐波失真率小于1.36%;有望应用于精密振动测量领域。

用于振动测量的传感器设计

针对振动测量的特殊用途,设计了一种结构紧凑的振动测量传感器,由弹性体、惯量质量块、光纤光栅等组成,同时传感器的灵敏度可调;搭建了振动测量传感器性能测试平台,对传感器的固有频率、抗干扰性能、灵敏度进行测试,同时将其应用于真空泵振动测试中。结果表明,所设计的振动测量传感器和市场上购买的压电传感器具有相同的测试结果,具有良好的抗干扰性能和较高的灵敏度。

基于视频的振动测量技术研究进展

振动测量是保障结构安全和良好状态的基本手段。高精度的振动测量可为结构设计、安装调试、健康管理等振动试验提供精确的输入与响应测试。相较于传统的振动测量手段,基于视频的振动测量技术将相机的全部像素转化为高精度振动传感器,利用视频图像方式让人们肉眼可视结构在物理世界的真实振动形态,具有非接触、全视场、高空间分辨率、灵活方便等优点,近年来受到业界的广泛关注。该文主要介绍了视频振动测量技术的系统构成与测量过程、当前主要方法和相关技术最新进展,并总结了视频振动测量技术与其他技术相比存在的优势。通过分析与对比,肯定了视频方法是解决振动测量问题的有效手段和对传统测量方法的有力补充,随着相关技术和硬件设备的发展,视频振动测量方法将具有越来越大的研究意义和应用价值。

空间站太阳翼振动测量中的无线传感器网络系统

基于中国空间站太阳翼挠性振动测量和动力学参数辨识需求,中国首次在轨成功应用了无线加速度计传感器网络。首先介绍了天和核心舱、问天实验舱上的无线传感器网络架构设计,然后针对挠性辨识多源数据融合需求,提出基于无线时延自主寻优补偿的应答式TCP/IP校时策略和基于无线基准节点的广播式UDP校时策略。针对无线节点通信链路可能被太阳翼阵面遮挡而造成的测量中断问题,提出基于中继代传的自主无线网络拓扑动态管理策略,实现了振动测量数据的高可靠传输。总结了天和舱、问天舱无线加速度计传感器网络在轨应用情况,通过飞行实测数据证明实现了TCP/IP模式下校时精度优于20 ms、UDP模式下校时精度优于70 ms的时间同步能力;以太阳翼180°转角下的主动激振工况实测数据评估了无线网络的高可靠采集能力,满足太阳翼模态辨识要求。最后基于空间站太阳翼振动测量飞行试验情况,对未来无线传感器网络的在轨广泛应用提出了几点启示。

基于单高速相机3D-DIC的涡轮叶片全场振动测量

采用成本较低、结构紧凑且使用便捷的单高速相机三维数字图像相关方法(single-camera high-speed three-dimensional digital image correlation,简称SCHS 3D-DIC)对涡轮叶片的振动特性进行试验研究。首先,介绍了测量装置和原理,以悬臂铝板为对象开展验证试验,结果证明了该测量系统的准确性与有效性;其次,开展了叶片的全场振动特性测量,得到了其三维形貌、模态特性、全场位移与应变分布,获得了叶片在振动载荷作用下的高应变区域位置及应变分布特点。研究表明,SCHS 3D-DIC方法相比常规双高速相机3D-DIC方法具有更高的视场利用率,适合于细长型的涡轮叶片的振动测量试验。

一种用于振动测量的MEMS电磁式加速度计

基于电磁感应原理,设计并制备了一种用于振动测量的微机电系统(MEMS)电磁式加速度计,其具有无源、集成度高、对加工工艺精度要求低及不受温度、湿度影响等优势。首先通过有限元分析软件对加速度计敏感结构及永磁体磁场进行仿真分析,然后利用MEMS微加工工艺制备敏感结构及电磁线圈等主要部件,将加速度计芯片与嵌有永磁体的陶瓷基板进行键合封装。通过敏感结构受到振动并带动线圈相对永磁体发生位移产生电压信号。最后通过振动测试系统对电磁式加速度计的灵敏度、量程、线性度及抗过载能力等动态参量进行评估。实验结果表明,在0~3g量程范围内,加速度计可实现对63~69 Hz频率振动的测量,灵敏度最高为263 mV/g,非线性误差为3.3%,可用于恶劣环境下低g值的振动测量。

微型化三轴FBG振动传感器的角振动测量研究

针对微型三轴振动传感器研制,可用空间小且结构复杂和结构零件组合装配困难等问题,提出采用3个一体化模块交错组合的传感器设计方法,提高了空间利用率和装配精度。通过理论分析和有限元仿真,完成15 mm×15 mm×15 mm微型化传感器的优化设计,搭建显微镜成像封装系统和振动测试系统完成传感器的封装和性能测试。实验表明,该传感器X、Y、Z轴的谐振频率分别为990、975和960 Hz,且在0~700 Hz频率范围内平坦度好,灵敏度分别为19.10、19.28和20.01 pm/g,具有轻量化和三轴测试性能一致性高的优点。搭建微角振动测试系统,验证传感器的性能,其角位移测量分辨率优于0.21μrad,线性度为0.998。

自由落体绝对重力仪中参考棱镜振动测量技术

精确测量绝对重力仪参考棱镜的振动信号并将其用于补偿绝对重力测量值是提高绝对重力仪测量精度的一种解决方案。对此,本文介绍了参考棱镜振动测量的原理,设计了参考棱镜振动加速度测量装置,推导参考棱镜振动测量装置的传递函数。研究表明,可以将测量装置等效为加速度计,通过成熟的加速度计测量方法,可获得等效的加速度计传递函数参数,从而得到测量装置输出电压对参考棱镜振动加速度的传递函数,该函数能够解算出参考棱镜的振动加速度,以补偿绝对重力测量值。在实验室测得的数据与理论数据相符的基础上,通过在北京国家地球观象台做垂直振动摆的振动实验得出,实验曲线与理论模型公式刻画的幅频特性曲线重合,验证了参考棱镜振动测量装置在实际中使用的可靠性。

基于视觉振动测量的漂浮式风力机状态监测方法研究

以基于视觉的振动测量方法为基础,结合二维运动解析方法,提出一种基于视觉振动测量的漂浮式风力机(FWT)状态监测方法,可实现漂浮式风力机平台运动和塔筒振动的同步精准监测。虚拟运动仿真视频中,所提方法对漂浮式风力机运动/振动的识别误差不大于1%;在背景噪声干扰下,除漂浮式平台纵摇运动外,其他自由度运动识别误差小于5%。将所提方法应用于浮式风力机模型试验的运动/振动识别中,可实现对漂浮式风力机状态的良好识别。

FPSO低压火炬管线现场振动测量分析方法

本文以某新建FPSO的低压火炬管线为研究对象,使用加速度计测量的方法,采集了现场特定运行工况下工艺系统管道的振动信号,并对其进行处理,结合国际标准进行结果对比,判断关键管路系统的振动特性是否符合要求。本文所使用的振动测量及分析方法对FPSO调试环节判断设备运行状态起到了很好的支撑作用。

一种全国产化分布式振动测量系统的设计

为了能够准确、实时的监测船舶燃气轮机多个关键部位在关注频率段内的振动数据,设计了一种全国产化分布式振动监测系统。该系统由振动传感器、单点全国产化分布式振动测量装置、船用上位监控系统和振动频谱分析仪组成。其中单点全国产化分布式振动监测装置以GD32F405RGT6为核心处理器,利用振动传感器对振动加速度信号进行采集,辅助有限长冲激响应滤波器进行频率段内振动数据的提取。试验结果表明该系统应用灵活、频率段提取准确、性能稳定可靠,能够有效满足实际工程中振动测量的要求。

船舶动力机械的振动测量技术探讨

现阶段,船舶动力机械的振动问题日益凸显,已严重威胁航行安全。为确保船舶动力系统的安全可靠运行,开展振动测量与分析刻不容缓。基于此,本文系统探讨了船舶动力机械振动测量技术。先后分析了船舶动力机械振动的特点及对船舶的影响,并详细介绍了各种振动测量技术的工作原理与应用,阐述这些技术的集成应用,最后展望了船舶动力机械振动测量技术的发展趋势。希望通过系统地分析,能够为相关从业者提供一定参考,以指导船舶动力机械的安全稳定运行。

叶尖定时旋转叶片实时振动测量技术

设计了一套基于叶尖定时传感的旋转叶片振动测量系统。系统主要由光电传感系统、数据采集与预处理系统、叶片振动数据处理系统三部分组成。叶尖定时传感器采用单根光纤发射、多光纤接收的 Y 型结构,并用高性能专用集成芯片完成弱光信号的放大检测,使传感器信噪比大于500,信号带宽大于 50MHz。利用 CPLD 和 DSP 技术,实现了叶尖定时信号的高速实时采集与处理;建立了同步共振条件下叶片振动的数据处理模型,实现了叶片振动的实时监测。整套测量系统在现场某大型压气机上进行了原理性验证,在转速高达 9210rpm的情况下测得的同步共振最大幅值为 0.4231mm,接近于同等条件下国外的测量结果,从而验证了整套测量系统的可靠性。

基于外差干涉的微振动测量技术研究

针对外差干涉的微振动测量存在稳定性低、严重受环境噪声影响等缺点,提出了对光路的改进方案。根据差分原理将其改为双光路,消除环境噪声的干扰;通过偏振分光棱镜(PBS)将椭圆偏振光变为线偏光,提高干涉信号幅值;改进频移装置(AOM),抑制频率漂移;增加光阑,滤除杂散光,提高系统信噪比。通过探测5kHz压电陶瓷振动信号,以及2.5 MHz高频激光超声信号进行实验验证,结果表明:信号稳定且无纹波,系统分辨率为2.3nm,信噪比提高16.7倍。两路干涉信号幅值分别为552mV和736mV,较传统外差干涉信号幅值提高近10倍,有利于纳米量级微振动信号的检测。

冰致自激振动测量与机理解释

在海洋平台上观测到了冰致结构的稳态振动,以及冰力和平台响应间的频率锁定现象.通过对实测数据和冰与结构相互作用的破碎机理分析,证明冰致稳态振动属于自激振动.给出了产生冰致自激振动的条件,提出了冰致自激振动的物理机制,指出冰致自激振动发生在冰加载速率的韧脆转变区,整个过程中冰内裂纹的形成与扩展受到了结构运动速度的控制.冰内部的微裂纹行为是解释与描述冰致自激振动的关键要素.

非接触式高速旋转叶片振动测量新技术的研究

基于叶尖定时原理开发了一套旋转叶片振动监测系统,该系统主要由光纤传感、数据采集、振动分析三个部分组成.光纤传感的核心是叶尖定时传感器和光电转换模块的设计,数据采集实现对转换后的脉冲数据进行高速采集、预处理和与计算机之间的高速通信,振动分析则由计算机软件进行实时处理并显示分析结果.整套系统在现场某大型压气机上进行了原理性验证,同时在高速模拟转子上通过了实时性验证,分析得到的结果与应变片监测的数据完全吻合,保证了整套系统最终应用于压气机叶片振动的在线实时监测.

浅析TSI振动测量信号的保护逻辑组合

介绍了火电厂常规汽轮机监视仪表(TSI)振动测量保护逻辑的组合方式,提出了保护逻辑组合的方法。华能辛店电厂5号、6号机组对TSI振动测量信号的保护逻辑组合方式进行了修改和完善,完善后保护控制系统运行安全、可靠。

基于虚拟仪器的机械振动测量技术

介绍了虚拟仪器技术及其软件、硬件的组成 ,以精密小轴承为研究对象 。

基于压电加速度传感器的振动测量系统研究

为实现对振动的有效测量,构建了压电加速度传感器的振动测量系统;对压电加速度传感器的力学模型及基本原理进行了有效地分析,并采用灵敏度比较法标定传感器,提高了整个测试系统的测量精度和可靠性;并应用了信号处理中的相关滤波原理;测试系统由压电加速度传感器、高速数据采集卡及Labview2010软件开发平台构成;软件功能主要有信号采集、历史数据读取、数据滤波、时频域分析等;搭建了工程实际测振的实验模型,并根据其频谱特性判断内部缺陷;实验结果表明,该测振系统运行稳定,操作简单,具有很好的可扩展性及可移植性,能实现准确、高效、实时的振动测量。

双光路电子散斑振动测量系统

本文给出了一种双光路电子散斑振动测量系统 ,该系统结合了普通 ESPI离面振动测量光路和退敏感光路 ,既能对较大振幅范围的振动进行定性观测 ,又能实现全场自动定量分析 ,同时避免了相位去包裹处理 .系统具有较高的抗干扰能力 ,可以应用于实际工程中复杂非连续结构的振动特性分析 .