[發明專利]相移光纖光柵增敏的旋轉機械設備故障監測系統及方法

有效

• 申請號: 202211680447.9
• 申請日: 2022-12-27
• 公開（公告）號: CN115655771B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 劉繄;吳新宇;宋涵;王博一;王潔;李志康
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01B11/16
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊震

本申請公開了相移光纖光柵增敏的旋轉機械設備故障監測系統及方法。包括可調激光器、相移光纖光柵、光探測器和數據采集裝置，所述可調激光器的輸出光端口連接相移光纖光柵的一端，所述相移光纖光柵的另一端連接光探測器的輸入端口，光探測器的輸出端口連接數據采集裝置，所述相移光纖光柵用以安裝在待檢測的旋轉機械設備上。本申請旋轉機械設備故障監測系統，采用相移光纖光柵替換窄邊坡布拉格光柵解調系統中的布拉格光纖光柵進行增敏，其靈敏度可以根據相移光纖光柵參數進行調節，增敏倍數在5?100倍之間可調。本技術方案相比傳統布拉格光纖光柵旋轉機械設備故障監測方法，具有高得多的靈敏度，十分適合高剛性主軸等精密設備的故障監測。

技術領域

本申請涉及機械測量的技術領域，尤其涉及相移光纖光柵增敏的旋轉機械設備故障監測系統及方法。

背景技術

工程中常常通過分析加速度信號特征對設備故障進行診斷。但是待測部位加速度信號易受干擾，往往混有許多非監測部位的振動信息，需要后期進行繁瑣的信號處理與識別工作，才能實現正確的故障信號判定。有沒有其他形式信號能夠既能反映設備故障情況，又能不受其他振源干擾（或者少受其他振源干擾），一直是高端裝備故障診斷領域的國際前沿課題。目前研究表明，設備上的應變信號具有這種優勢。相比振動信號，應變信號只攜帶局部信息，信號干擾因素少得多，是設備故障診斷的新發展方向，目前已有學者開始探索研究，利用應變信號解決了一些低剛度機械結構的故障診斷問題。但是對于高端精度設備，這種方法還有一定局限性。因為許多高精度旋轉機械裝備，特別是高精度數控機床，為了減小受力變形往往將支撐結構剛度設計得很大，這使得設備應變很小，從而導致以應變信號為基礎的旋轉機械設備故障診斷方法難以運用。如何大幅提高故障診斷系統中應變傳感測量的靈敏度，是困擾該領域的一個技術難題。

發明內容

有鑒于此，本申請提供相移光纖光柵增敏的旋轉機械設備故障監測系統及方法，能夠提高對旋轉機械設備故障監測的準確性。

第一方面，本申請提供一種相移光纖光柵增敏的旋轉機械設備故障監測系統，包括可調激光器、相移光纖光柵、光探測器和數據采集裝置，所述可調激光器的輸出光端口連接相移光纖光柵的一端，所述相移光纖光柵的另一端連接光探測器的輸入端口，光探測器的輸出端口連接數據采集裝置，所述相移光纖光柵用以安裝在待檢測的旋轉機械設備上。

可選地，所述可調激光器通過光環形器連接相移光纖光柵。

可選地，所述相移光纖光柵所處的光纖上設有光纖隔離器。

可選地，所述可調激光器為窄線寬可調激光器。

可選地于，所述可調激光器的線寬40MHz。

可選地，所述數據采集裝置包括數據采集卡和計算器，所述光探測器的輸出端通過數據采集卡與計算機連接，所述計算機用于監測反射回光的反射光譜分布數據。

第二方面，本申請提供一種采用如上述旋轉機械設備故障監測系統實施的故障監測方法，包括以下步驟：

在可調激光器逐點掃描下，獲得相移光纖光柵所產生的透射光譜分布數據；

將所述透射光譜數據用兩條直線分別擬合其上升與下降沿，得到前坡函數與后坡函數；

將所述可調激光器的輸出波長調至斜率絕對值較大的邊坡函數中點，以作為可調激光器的激光工作點；

基于所述激光工作點，在高速AD采樣系統輔助下，獲得旋轉機械設備的故障信息。

可選地，還包括溫度補償的過程，所述溫度補償包括：

通過高速AD采樣系統采集預定時間內旋轉機械設備振動所致的光強信號；

將所述光強信號平均，并與初始激光工作點對應的初始光強進行作差比較，并將差值除以線性擬合曲線的最大斜率值，得到激光點受溫度引起的激光工作點的漂移補償量；