光纤微振动传感器的应用研究.pdf

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1、上海交通大学博士学位论文光纤微振动传感器的应用研究姓名：郭晓金申请学位级别：博士专业：电磁场与微波技术指导教师：殷宗敏20050401摘要摘要本文主要研究检测微振动的光纤传感系统，课题来源于上海市科委课题“探测微振动的光学传感系统”，对利用光纤检测微振动进行了研究，提出了两种方法并对其进行了系统设计，原理分析和实验。其中利用石英光纤共振进行测量的方法已经形成完整的系统并通过了验收。另外，提出的另一种利用光纤光栅检测微振动的方法解决了光纤光栅的温度．应力交叉敏感问题，使之不但可以检测微振动，同时还可以检测温度。大型发电机对于整个社会

2、的国民经济起着巨大的作用是不言而喻的。发电机由于其大工作量及连续运作的特性，使得发电机的内部定子很容易产生各种故障。由于内部的高电压(接近2万伏)以及强电磁场，普通的检测技术难以应用，而一般的感应器也无法在发电机中得以加载。国内一般三，四年左右就要进行停机检修，停机一次会造成巨大的经济损失。而振动状态是衡量发电机能否持续可靠运行的重要指标，对运行中的发电机组来说，明显超过其允许振动振幅值的振动，将会导致发电机组连接部件松弛和应力增大并危及发电机的基础部分，对发电机组及周围建筑物产生灾难性后果。近年来，因振动／Jrl,冒U危及发电机

3、组安全运行甚至损毁事故的事例并不少见。为了更好的发挥发电机的运行能力，有关部门规定每台发电机必修配备在线检测徽振动的装置，进口设备价格昂贵，靠引进设备解决国内的检测状况不现实，因此自主研发显得摘要的十分必要。与上海汽轮发电机有限公司联合，对本文设计的传感系统用来检测发电机定子绕组的振动进行了现场试验，经过了验收。本文主要内容及创新点：1．对汽轮发电机的定子绕组端部进行了研究，因发电机长期运行下端部绕组处的压板会出现松动现象。将各层段电流密度进行富氏展开的基础上运用分离变量法推得了端部磁场及绕组电磁力的计算表达式，进而推出了定子绕组

4、端部整体结构的电磁振动表达式；最后对发电机定子绕组端部振动数据进行了分析，为发电机定子振动的检测提供了理论依据。2．．利用自有专利技术，结合发电机的振动特性研制了一套振动在线检测系统，介绍了光纤振动传感器的系统设计原理，详细分析了悬臂梁结构的石英光纤共振系统的共振原理，共振频率和共振的可靠性并给出了悬臂梁的参数选择和实验结果，为今后的此类设计提供了指导。3．首次提出了利用光纤光栅来对发电机定子的振动和温度同时进行在线检测。给出了系统的设计原理，系统的设计整体结构。对构成共振传感系统的简支梁共振频率进行了理论分析和实验，并对参数进行

5、了选择。对主要传感结构光纤光栅的动态响应和疲劳寿命进行了研究。对研制的信号解调系统进行了介绍，并介绍了解调所用的衍射光栅的参数选择，CCD接收信号处理方法。最后对整体系统进行了实验。关键词：光纤布喇格光栅衍射光栅悬臂梁简支梁定子绕组端部摘要ABSTRACTThispapermainlystudiesthesystemthatmeasuringthemicro—vibration．Itrootsinataskwhichnameisaopticalsystemthatmeasuringmicro—vibration．Webringfo

6、rwardtwomethodstomeasuringvibrationandgivetheirdesignidea，theorystudyandexperiments．Asetofsystemha．sbeenfinishandaccept．AnothersetofsystemwhichusingfiberBragggratingcanmeasurebothvibrationandtemperatureTherolethegreaterplayinthewholesocialeconomyisselgevident．Becauseo

7、fcontinuousworkandgreatload，theinnerofthestatoriscommonlytogetintotrouble．Thevoltageisveryhigh(near20KV)andthemagneticfieldisverystronginnerthegenerator,SOitisdifficulttodetectusingtraditionalmethodanditisdifficulttousethetraditionalsensors．Inordertoavoidgreatdisaster

8、,ourcountry’Scompanystopsthegeneratorandoverhaulitevery3yearsbasesonthefixednumberofyearofwork．Everypauseofgeneratorwouldcau