基于光纤传感器的轴系扭振测量技术研究

摘要

旋转机械是全球各行各业常见的一种关键设备,是我国国民经济和国防事业中广泛应用的重要装置。旋转轴系的扭转振动性能直接影响旋转机械的安全性和可靠性,特别是电力工业和内燃机工业,轴系扭振的检测与预防更是有重大的意义。随着轴系扭振测量技术不断发展,各种轴系扭振的测试方法受到广泛研究。本文对基于光纤传感器的轴系扭振测量技术进行了深入研究,设计并搭建了基于光纤传感器的轴系扭振测量系统,通过实验验证其具备良好的性能和发展潜力.
　　 本文的研究内容主要有以下几个方面:
　　 (1)研究基于机械振动理论,建立的轴系扭振模型,为应用实验数据分析轴系扭振奠定基础。
　　 (2)设计了基于光纤传感器结合双条纹编码盘的轴系扭振测量方案。该测量方案能方便地应用于各类型的轴系,并消除了以往类似方案中存在的部分测量误差。经过仿真和实验,论证了其工作的可靠性。
　　 (3)根据轴系扭振测量方案,运用FPGA(Field—Programmable Gate Array)现场可编程门阵列,设计了数据采集逻辑,实现多路实验数据的同时采集并自动写入片内FIFO(First Input First Output)先入先出队列。
　　 (4)根据PCI(Peripheral Component Interconnect)外部设备互联总线协议规范,运用FPGA设计了PCI总线从模式数据传输接口模块,实现了PCI的读配置,写配置,读I／O,写I／O以及读内存五种数据传输功能,满足测量系统的数据传输要求。
　　 (5)基于WinDriver软件,编写了数据采集卡的上位机数据采集软件,实现PCI数据采集卡的驱动、控制数据传输、数据储存和实时显示功能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究意义

1.3 扭振测试技术研究现状

1.4 轴系扭转振动的测量方法

1.5 本文研究的主要内容

第二章 轴系模型分析

2.1 轴系集中质量模型

2.1.1 双质量无阻尼轴系模型

2.1.2 三质量无阻尼轴系模型

2.1.3 多质量无阻尼轴系模型

2.2 连续质量模型

2.3 本章小结

第三章 轴系扭振测量技术研究

3.1 典型光纤式扭振测量系统

3.1.1 条纹误差

3.1.2 采样频率对角速度测量的影响

3.2 单盘双条纹光纤式扭振检测系统

3.2.1 Y型光纤传感器

3.2.2 编码盘条纹设计

3.2.3 角速度计算

3.2.4 扭振测量系统固有系统误差计算

3.3 本章小结

第四章 数据采集系统设计

4.1.数据采集逻辑设计

4.1.1 预处理模块设计

4.1.2 数据采集模块设计

4.2 PCI总线

4.3 PCI接口模块设计

4.3.1 PCI配置空间

4.3.2 读/写PC l配置空间

4.3.3 读/写I/O空间

4.3.4 读内存空间

4.4 轴系扭振数据采集软件设计

4.4.1 PCI数据采集卡驱动

4.4.2 数据传输

4.4.3 数据显示

4.5 本章小结

第五章 实验与结果分析

5.1 扭振测量系统精度标定实验

5.2 轴系扭振测量实验

5.3 本章小结

全文总结与展望

参考文献

硕士期间发表论文和科研情况说明

致谢