基于光纤光栅的磁力轴承磁场传感与测量系统

摘要

磁力轴承电磁场的分析是研究磁力轴承的重要组成部分。由于磁力轴承的复杂性以及结构的特殊性，气隙中磁场的实际测量很难实现。基于光纤光栅的独特优势，提出将磁致伸缩元件与光纤光栅相结合，设计一个磁场传感器来实现对磁力轴承中的电磁场的实际测量，并且通过设计的U型线圈产生的磁场对磁场传感器性能测试。
　　本文以八极径向磁力轴承（采用NNSS磁极布置方式）为对象，首先分析了它在转子静止悬挂、转子旋转以及对线圈加载不同频率的动态电流这三种情况下，磁力轴承气隙中电磁场的分布情况。在此基础上，得出所需设计磁场传感器的量程以及安装位置。然后，分析了磁场传感器测量磁场的传感原理，主要包括光纤光栅的传感原理、磁致伸缩的传感原理。最后对设计的磁场传感器进行性能测试。
　　核心内容是设计磁场传感装置并对其静态、动态性能进行测试。在设计磁场传感器中，主要是针对磁致伸缩元件的尺寸大小、粘贴方式以及安装位置来讨论。在性能测试部分，首先设计U型线圈来模拟磁力轴承气隙中的磁场，主要包括设计它的线圈匝数、气隙。最后进行实验测量，在静态实验中主要做的工作是：（1）电流-磁场关系的理论值与实测值的比较；（2）得出磁感应强度与波长偏移的关系。在动态实验中，主要做的工作是：通过对U型线圈施加相同幅值不同频率的动态电流，得出不通过频率下波长偏移的变化规律，由于信号干扰还对数据进行FFT分析。通过数据分析处理，可以看出本文所设计的FBG磁场传感装置具有较好传感性能，可以用于磁力轴承气隙磁场的测量。

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第一章 绪论

1.1研究目的与意义

1.2国内外现状研究

1.3论文研究的主要内容

1.4项目来源

第二章 磁力轴承电磁场的理论分析

2.1磁力轴承静态电磁场的分析

2.2转子旋转时电磁场的分析

2.3加载动态电流时电磁场的分析

2.4 本章小结

第三章 基于光纤光栅的磁力轴承磁场传感机制

3.1光纤布喇格光栅传感基本原理

3.2磁致伸缩传感的基本原理

3.3.基于FBG的磁场传感原理

3.4 本章小结

第四章 光纤光栅磁场传感器的设计与性能评估

4.1磁场装置的设计

4.2 FBG磁场传感装置的设计及安装

4.3 FBG磁场传感器的性能评估

4.4磁力轴承气隙磁场的测量

4.5 本章小节

第五章 总结与展望

参考文献

致谢