用于直升机尾轴健康监测的塑料光纤振动传感器研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangchao2005
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随着传感器检测技术的发展和计算机综合处理能力的增强,直升机技术的绿色化和智能化不断得到提升,直升机健康状态监测系统是其发展卓越的显著标志,传动系统是健康状态监测系统的主要监测管理对象之一,尾轴是传动系统主要组成部分,对其健康监测十分重要,尾轴的主要工作是大扭矩带载尾桨而高速旋转,振动是其工作过程中不可避免的主要特点。光纤传感技术在航空器中的应用越来越广泛,本文提出一种强度调制型的反射式光纤振动传感器应用在尾轴的振动监测中,这种类型传感器由于成本低、尺寸小、设计灵活、解调方便等优点,在各个领域中得到广泛应用。本文的主要研究内容如下:(1)基于健康状态监测系统在直升机技术中的应用和发展过程及国内关于该系统和尾传动轴工作特性的研究现状,结合分析直升机和尾轴工作特点及环境对测量传感器的要求,提出了本文的传感器结构与研究意义。(2)直升机尾轴是由联轴器将若干段轴联接起来,将其简化为由若干个两固定支点的旋转轴组成,并进行了振动特性分析;建立了光纤端面出射光场强度分布理论模型和接收光纤的耦合光功率理论模型;仿真分析光纤端面光场强度分布,计算单根光纤作发射和接收传感结构的接收光功率,分析了接收光纤半径和数值孔径对接收光功率的影响;设计了利用带转偏心圆盘来模拟直升机尾轴振动的模拟实验并进行了理论分析。(3)设计和制作了对尾轴振动参数测量的传感器装置;设计和制作了光电转换系统和信号采集软硬件,从塑料光纤应用现状角度考虑设计并采用了有别于光纤耦合器的分光和耦合金属模块;为了更好的信号输出结果,设计和制作了降低电磁干扰的屏蔽模块;为实现数据实时采集、存储和与计算机通讯的功能而设计了数据采集硬件电路,编写了单片机软件编程和基于Labview的上位机编程。(4)利用1mm直径的塑料光纤制作了反射式振动传感器,实验探究了强度调制型的反射式光纤传感器测量振动特性参数的可应用性,设计和搭建了模拟直升机尾传动轴振动的实验平台,进行了以平面镜和铝箔纸为反射面的两种不同材质位移标定实验,以铝箔纸为偏心圆盘边缘反射面而进行了模拟尾轴振动实验。以平面镜为反射面,位移在0~1100μm测量范围内,灵敏度为1.3mV/μm;以铝箔纸为反射面,位移在0~1500μm测量范围内,灵敏度为1.31mV/μm;在模拟振动实验中,偏心距为0.5mm时的振幅相对标准差为0.047226,电压为8V时的频率相对标准差为0.01194,振幅相对误差为2.8901%,实现了对模拟尾轴振动实验的幅值和频率测量。
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