[發明專利]一種基于長啁啾光纖光柵的大型連桿斷裂損傷在線檢測系統及檢測方法

在審

• 申請號: 201811317072.3
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109490220A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 徐坤;孫麗君;張藝寶;周赟
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/88
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于長啁啾光纖光柵的大型連桿斷裂損傷在線檢測系統及檢測方法。所述檢測系統包括寬帶光源、耦合器、長啁啾光纖光柵、光纖、頻譜分析儀和計算機。所述檢測方法為：搭建基于長啁啾光纖光柵的大型連桿斷裂損傷在線檢測系統，將長啁啾光纖光柵沿連桿長度方向貼合到連桿機構側面，并進行固定，在光纖中通入寬帶光信號，通過頻譜分析儀記錄反射光頻譜，分析頻譜特征，提取光譜特征中的反射率以及中心波長信息，根據長啁啾光纖光柵V?I傳輸矩陣數學模型，計算連桿結構的斷裂程度以及斷裂位置。本系統具有定位精度高、測量精確、抗電磁干擾等特點，而且能夠用于設備工況下的實時在線監測，為連桿等往復型機械設備的在線診斷提供可能。

技術領域

本發明涉及光纖光柵無損檢測系統及檢測方法，更具體的說是涉及基于長啁啾光纖光柵的大型連桿斷裂損傷在線檢測系統及檢測方法，用于實現大型機械設備上的連桿機構斷裂損傷的實時在線監測。

背景技術

連桿是連接活塞與曲軸的關鍵部件，連桿的主要功能是將活塞的往復直線運動與曲軸的回轉運動進行轉換，其對于很多動力機械設備的運行起到至關重要的作用。連桿在工作過程中，運動情況復雜，受力情況也比較復雜，既要承受拉、壓、彎曲應力的作用，也還要承受慣性力的作用。連桿的可靠性決定了動力機械的可靠性和使用壽命，因此提高連桿機構的可靠性是十分必要的，一方面可以通過材料和設計來提高其疲勞強度，另一方面對于連桿機構的疲勞狀態和斷裂損傷進行實時在線監控能夠及時的發現損傷情況從而降低事故率，提高生產效率。

對于機械結構的斷裂損傷的檢測方法很多，比如微波、超聲波、圖像識別、X射線等，其中使用最多的是超聲波無損探傷，其具有裝置簡單、精度高、穩定性好等特點。但是超聲波檢測也存在許多缺點，比如對于工作狀態下的機械結構的損傷檢測存在困難，尤其是對于回轉機構和往復機構。一方面在實際工況下，復雜的電子檢測裝置的穩定性無法保證，另一方面在工作狀態下往往存在振動其對超聲波的頻率等產生影響從而影響檢測效果。因此傳統的超聲波探傷無法應用于工作狀態下的在線檢測。對于回轉機械，通過振動信號分析，能夠分析機械結構的損傷情況，但是對于往復式機械結構，其振動信號相對復雜，規律性不明顯，尚不能通過振動信號分析結構損傷。近年來快速發展的光纖光柵技術具有抗電磁干擾、易于微型化、質量輕、成本低等優點，為大型機械的結構探傷尤其是在工作狀態下的探傷提供了新的方向和解決方案。

發明內容

本發明針對大型機械往復式結構的特別是連桿的斷裂損傷在線檢測難的問題，提出一種基于長啁啾光纖光柵的大型連桿斷裂損傷在線檢測系統及檢測方法，用于實現在工作狀態下連桿結構的斷裂損傷的快速準確在線測量。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種基于長啁啾光纖光柵的大型連桿斷裂損傷在線檢測系統，包括寬帶光源、耦合器、長啁啾光纖光柵、光纖、頻譜分析儀和計算機。所述的長啁啾光纖光柵貼合在連桿結構的表面；所述耦合器分別連接寬帶光源、頻譜分析儀和長啁啾光纖光柵；所述寬帶光源、耦合器、長啁啾光纖光柵和頻譜分析儀之間分別采用光纖連接，所述頻譜分析儀與計算機之間為電連接。

上述方案中，所述的長啁啾光纖光柵為線性啁啾光纖光柵，長度由連桿結構具體而定，啁啾量為9nm，折射率調制度為1.5×10^-4。

一種基于長啁啾光纖光柵的大型連桿斷裂損傷在線檢測方法，包括如下步驟：

1) 搭建所述的基于長啁啾光纖光柵的大型連桿斷裂損傷在線檢測系統，備用；2）將長啁啾光纖光柵沿連桿長度方向貼合到連桿機構的側面，并進行固定，使其完全貼合；3）打開系統各部件組成電源開關，在光纖中通入寬帶光信號，通過頻譜分析儀記錄光纖中反射光頻譜，并傳輸給計算機處理；4）在計算機中對采集到的反射光頻譜特征進行分析，提取反射光中特征光譜的反射率以及中心波長信息；5）根據長啁啾光纖光柵V-I傳輸矩陣數學模型，計算連桿結構的斷裂程度以及斷裂位置；6）將檢測結果在計算機上進行實時展現。