超低频绝对振动的光纤传感技术研究

针对目前用于绝对低频振动测量的传感器在测量超低频(1 Hz以下)的绝对振动时,其输出信号完全被“淹没”的缺点,提出了一种基于光纤的超低频绝对振动速度传感器技术方案.从传感器的力学模型出发,导出了传感器谐振结构的动态模型,对传输光纤出射光光强分布的线性度进行了分析,得出了输出信号与振动输入信号的关系.实验结果表明,此传感器与惯性磁电式速度传感器相比,在低频段具有更高的灵敏度.     

基于光纤光栅的振动参数监测及信号处理系统

针对光纤光栅传感与其他传感技术相比,有其独特的优点,对光纤光栅传感器进行了理论分析,建立了通过测量光纤光栅传感元件的波长而得到振动参数的理论模型,介绍了测量信号处理系统的结构,作了光纤光栅传感器与加速度传感器的振动参数监测实验,并对实验结果进行了比较。结果表明,光纤光栅传感器的性能很好,可以用于低频振动结构的动态实时监测。     

基于生产者-消费者程序结构的振动传感系统

低频振动常伴随自然灾害的发生,低频振动信号的实时准确检测对海底地震监测及海啸预警等领域的灾害探测具有重大意义,光纤振动传感器是实现低频信号检测的有效方式.设计了一类光纤振动信号传感系统的传感光路及相位解调单元,采用基于迈克尔逊干涉仪结构的顺变柱体传感检波器实现对传感系统中振动信号的转换和探测.针对光纤式低频振动信号传感...     

微型光纤加速度计系统研究

光纤加速度计作为新型光纤传感器的一种,在高精度测量领域中有着不可替代的作用.实现光纤加速度计信号的解调,对于进一步提高传感器测量精度以及实用化都有着重要的意义.光源调频相位生成载波技术(PGC)常用于干涉型光纤传感器的信号解调,为了实现整个光纤传感系统的小型化,提高数据处理速度和解调精度,设计制作了应用于盘式光纤加速度计数字解调系统,系统以DSP和FPGA数字系统作为解调硬件电路的核心,实现对微型盘式光纤Michelson干涉仪相位信号检测.实验结果表明,微型盘式光纤加速度测量系统对微小振动信号检测有着很高的灵敏度,是高精度测量领域中的一个重要研究方向.     

桥梁动测传感器的应用研究

根据桥梁振动测试的需要,详细分析了动测传感器的一些性能参数及选择原则,选定高精度的低频压电式加速度传感器作为桥梁振动测试信号采集元件,并阐述了采集到的加速度信号的分析处理方法;通过算例,对实测的斜拉桥柔性钢索以及桥梁梁板振型等信号进行分析处理,充分验证了加速度传感器在桥梁动测中应用的可行性和可靠性.     

低频光纤光栅加速度传感器

为了摆脱电磁干扰对磁电式传感器的影响,通过对光纤光栅加速度传感器力学模型分析,建立了加速度与波长变化间的数学模型,设计了低频光纤光栅加速度传感器.实验结果表明,光纤光栅加速度传感器幅频带宽为45 Hz,横向抗干扰能力为40dB,能够满足工业测量需要.     

基于光纤干涉仪的加速度传感器

用于振动检测的光纤干涉仪加速度传感器具有大动态范围和高灵敏度等优点,非常适合要求高响应检测的场合。本文主要介绍了光纤干涉仪加速度传感原理和设计结构,并对常用的两种结构进行了性能比较。     

基于加速度测量的仪器化冲击试验方法研究

为研究摆杆在材料冲击过程的动态响应特性及摆杆的振动对测试结果的影响,本文利用虚拟仪器技术构建了一个仪器化冲击测试系统,将加速度传感器用于仪器化冲击试验。试验结果表明,将加速度传感器用于仪器化冲击试验所得的特征曲线与传统仪器化冲击试验特征曲线一致,用加速度传感器测出的数据计算出的冲击功与试验机表盘读数吻合,因此将加速度传感器用于仪器化冲击试验是可行的。通过测量试验中冲击试验机摆锤的加速度,分析材料的冲击性能与摆锤振动特性的关系。运用欧拉-伯努利梁理论对摆杆进行横向固有频率分析和对试验中加速度信号进行功率谱密度分析,得到摆杆在冲击载荷作用下的动态响应与材料的韧脆性之间的关系。研究结果表明,冲击功中的裂纹扩展功反映材料的韧脆性,冲击功中的裂纹扩展功越大,材料的韧性越好;材料韧性越好,摆杆的振动低频所占的能量就越高。     

油气管线泄漏监测分布式光纤传感器的研究

提出了一种长距离油气管线泄漏在线监测的分布式光纤传感器。在油气管线附近并行铺设一条光缆，利用光纤作为传感器，拾取由油气管线泄漏、附近机械施工和人为破坏等事件产生的压力和振动信号。在实验室中，把工作窗口为1310nm、芯径为50／125μm的多模光纤作为传感光纤，在O．6MPa泄漏气流的作用下进行了实验。在光入射端，用光时域反射计对上述事件引发的损耗进行定位；在光输出端，用光功率计检测光功率的变化，并根据信号特征来判定事件的类型。研究结果表明，分布式光纤传感器可以对长达几十公里的管线泄漏进行监测，且定位精度在几十米之内。因此，分布式光纤传感器可用于远距离油气管线泄漏的实时在线监测。     

海洋平台检测的无线低频振动传感器设计与验证

海洋平台是海上石油资源开发的基地,对其进行低频振动检测获得振动数据是判定结构损伤的基础.基于此,开发了一种应用在海洋平台结构中的无线低频振动传感器与采集系统.首先,采用模块化方法研制了无线低频振动传感器,并详细阐述了低频加速度传感器的选择与电源电路等模块的设计;其次,完成了无线低频振动传感器的嵌入式程序与主控端PC机上采集软件设计;最后,在振动台上完成了海洋平台振动无线测试模拟实验.实验结果表明：设计的无线振动传感器具有精度高、布设容易、低频性能好、可靠性高等特点,适用于海洋平台的低频振动快速检测.     

基于FFT的光纤光栅机械振动监测系统研究

应用光纤布拉格光栅传感技术,设计了一种光纤光栅机械振动监测系统,该系统通过对传感器返回的实时振动信号做快速解调,从而实现了振动频率、加速度、速度、位移等多参数监测与远程传输,同时提供了完善的数据分析与显示功能。试验结果显示,该系统可有效应用于涡轮发动机、煤矿通风机等机械设备的振动监测中,为机械设备的故障诊断提供了软件支持。     

放大自发辐射解调的光纤光栅振动传感系统时域建模研究

将放大自发辐射(ASE)光源的线性区间作为边缘滤波器的解调技术予以推广,将其由温度、应变的静态解调扩展应用至光纤光栅振动传感器的动态解调.首先建立了基于ASE光源解调的光纤光栅振动传感测量系统,提出位移负阶跃响应测试法并利用其得到了该系统的时域信号,并且由非线性直接拟合法获得该系统的动态参数,所得动态参数与有限元仿真结果相近.研究结果表明:ASE光源进行动态解调方案简单可行,位移负阶跃响应测试法获得动态时域信号不需要专门的激励设备,易于实现,与传统求取动态参数的方法相比,非线性拟合法求取动态参数更为简便.     

涡街流量信号中管道振动噪声的分析与处理

研究了获取管道振动噪声干扰特征的方法,介绍了基于加速度传感器的管道振动信号的采集.结合涡街流量信号和管道振动信号的频谱分析结果,指出了管道振动信号频率与涡街流量信号的主要干扰分量频率直接相关.研究表明,可通过获取管道振动加速度信号特征,来间接获得涡街流量信号中最主要噪声的频率特征.基于这一研究结论,以管道振动信号的特征信息为参考输入,验证了通过自适应滤波对涡街流量信号中振动噪声的滤波方法.     

一种光纤光栅加速度传感系统

研制了一种高精度、低成本适合于地震勘探和矿山安全等工程领域的光纤光栅加速度传感系统。该系统利用加速度改变光纤光栅中心波长的原理工作,可以有效消除温度漂移对动态应变测量的影响。实验结果表明,传感器频响在2-100Hz,灵敏度1．2pm／με,动态范围达80dB,是一种较为理想的光纤加速度传感系统。     

An analyzing and experimental method based on the resultant motion signals for SCARA manipulator joints

Acceleration reflects vibration of a robot, and the vibration signal can reflect the operation state of the robot.Generally, detection of robot mechanical arm failure requires installing sensors on each joint.This study proposes a method to diagnose the fault by single acceleration sensor only, which is installed at the end of the robot.The operation state of the robot is evaluated by analyzing vibration characteristics of its acceleration.First, a data acquisition function of a programmable multi-axis controller is applied to extract practical motion signals of the robot joints during operation, and prac-tical motion signals are analyzed.Second, synthetic methods to determine acceleration of the end joints of SCARA robots in a Cartesian space is used based on the theory of the Jacobian matrix and the frequency domain of final acceleration is investigated.The relationship between end-and joint-vibration frequencies under given speeds is determined.Then, the method is verified by comparing characteristic frequencies of joint acceleration and synthetic acceleration in Cartesian coordinate sys-tem at different speeds.Finally, some faults can be diagnosed by comparing the acceleration vibra-tion frequency extracted by a single acceleration sensor installed at the end of robot with the normal running state.Thus, this method can be used to monitor the signal variation of each joint without in-stalling sensors on each robot joint.     

轧机工作辊振动在线监测的新方法

根据轧机振动监测的技术要求和轧机工作辊高速回转、频繁变换位置的工作特性,选择振动位移为监测参量,提出一种位王跟踪、非接触式直接监测工作辊振动位移的新方法,对测点位王的布王等进行分析.根据涡流位移传感器,设计一种具有快速自动移位功能的传感器系统,并对传感器的位置控制和轧机工作辊的振动监测系统进行了研究.研究结果表明,用直接监测位移法直接测得的工作辊振动位移时,所用频率低于500 Hz,避免了轴承振动信号的干扰,无工频噪声,因而信噪比高;而在用测试工作辊轴承座加速度的传统方法获得的信号中,工频干扰等噪声很严重,几乎淹没了有用信号,无法客观提取其低频段的振动频谱特征.     

跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集频率分析

针对跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集时,振动信号采集频率会对车轨耦合动力响应数据处理结果产生影响,利用有限元分析软件建立跨座式单轨车轨耦合系统模型,探究不同车速下车辆与轨道梁振动响应随振动信号采集频率变化的趋势,进而得出适宜于车辆与轨道梁振动信号采集频率范围。研究结果表明：若振动信号采集频率过低,会导致车轨耦合振动响应结果失真,采集频率过高,对结果的精度提高效果并不明显;车辆振动信号采集频率宜不低于200 Hz;轨道梁垂向、横向振动加速度信号采集频率最低值分别为600 Hz和1500 Hz,且车速越高,振动信号采集频率对轨道梁振动加速度结果准确性影响越大。     

DBR光纤激光器压力传感系统的研制

研制了一种基于正交偏振形式的双频分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflection, DBR)光纤激光器光纤压力传感器系统。当外部压力作用在光纤激光器谐振腔上时,光纤晶体双折射的变化会引起正交偏振方向上的激光频率发生变化,从而导致输出拍频频率改变。利用快速光电二极管将双频激光输出的拍频信号转换成射频电信号,通过一个射频混频电路将该信号与频率合成器产生的本地振荡信号混频并低通滤波放大整形,变为400 M以下的调频信号,再利用ECL定时计数电路系统记录拍频信息并通过USB接口送入计算机。实验表明,在0～1.5 N范围内线性拟合度高达99.97 %,压力灵敏度为400 MHz·N^-1。