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转子运动条件下光纤光栅的扫描光谱特性及测温误差研究
被引量：
1
1
作者
陈思彤
黄俊斌
+3 位作者
刘文
李哲宇
顾宏灿
姚高飞
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2024年第12期17-29,共13页
针对基于空间耦合传输方法的电机转子温度监测系统,采用光纤光栅的传输矩阵理论和自聚集透镜的耦合传输理论,建立了转子运动条件下光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)的扫描光谱模型,首先研究了扫描光谱的畸变规律及各算法的寻峰效果,...
针对基于空间耦合传输方法的电机转子温度监测系统,采用光纤光栅的传输矩阵理论和自聚集透镜的耦合传输理论,建立了转子运动条件下光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)的扫描光谱模型,首先研究了扫描光谱的畸变规律及各算法的寻峰效果,结果表明:转子的涡动导致FBG扫描光谱的反射峰发生偏移,3 dB带宽减小,随着耦合损耗与原始反射峰之间的相位差发生变化,中心波长的最大扫描误差以类似正弦函数的规律发生变化,新反射峰位置由耦合损耗变化速率、FBG原始反射率及其变化速率之间的限定关系决定。协调解调仪扫描速率与转子涡动频率之间的数值关系是减轻光谱畸变的主要方法;此外,相比于半峰法和多种拟合型算法,质心法通过提取畸变光谱的重心也明显地减小了中心波长的扫描误差。然后,通过理论和试验研究了转子涡动频率与解调仪扫描频率对系统测温误差产生的影响,结果表明:随着耦合损耗周期与光谱扫描时间之比(q值)的增加,系统的最大测温误差先剧烈地减小、然后缓慢减小至稳定,令q>10是确保系统的测温误差及其波动较小的最低条件;对于转速小于200 000 r/min的转子(涡动频率小于1 667 Hz),当转子径向振动的幅值小于200μm、轴心轨迹的轴比小于3、轴心线偏转的角度小于0.1°时,采用扫描频率大于760 Hz的解调仪和质心寻峰法可以保证涡动引起的测温误差小于0.3℃,为转子测温系统的实际应用及测温误差的预估提供了依据。
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关键词
光纤光栅(FBG)传感器
转子温度监测系统
转子
运动
畸变光谱
寻峰误差
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职称材料
基于空间耦合传输方法的FBG传感器转子涡动测温误差及其影响因素研究
2
作者
陈思彤
黄俊斌
+3 位作者
顾宏灿
姚高飞
徐丹
李哲宇
《光子学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第4期104-119,共16页
针对电机转子涡动对光纤光栅温度监测系统精度产生的影响,采用光纤光栅(FBG)的传输矩阵理论和自聚集透镜的耦合损耗理论,建立了涡动条件下FBG扫描光谱模型,结合相关试验,研究了扫描光谱的畸变规律及系统测温误差的影响因素。结果表明:...
针对电机转子涡动对光纤光栅温度监测系统精度产生的影响,采用光纤光栅(FBG)的传输矩阵理论和自聚集透镜的耦合损耗理论,建立了涡动条件下FBG扫描光谱模型,结合相关试验,研究了扫描光谱的畸变规律及系统测温误差的影响因素。结果表明:涡动导致扫描光谱反射峰发生偏移、3 dB带宽减小,通过协调涡动频率和解调仪扫描频率,使准直器间耦合损耗周期达到FBG光谱扫描时间的10倍以上(q>10)是保证较低测温误差的关键;同时,质心法对剧烈涡动条件下扫描光谱的寻峰效果明显优于高斯曲线拟合法。随着转子端面处的径向位移幅值或轴线偏角幅值的增大,系统的测温误差先缓慢地增大、后剧烈地增大;随着椭圆形轴心运动轨迹轴比的增大,测温误差先剧烈地增大、后缓慢地增大至稳定。当转子径向位移幅值小于200μm、轴线偏角幅值小于0.167°时,在轴比等于3、q值等于10条件下,15次采样试验反映出质心法和高斯曲线拟合法分别令系统的测温误差从2.9℃降低至0.6℃和1.1℃,为监测系统的应用与测温精度的预估提供了依据。
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关键词
光纤光栅
温度
传感器
转子温度监测系统
转子
涡动
畸变光谱
测温误差
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职称材料
题名
转子运动条件下光纤光栅的扫描光谱特性及测温误差研究
被引量：
1
1
作者
陈思彤
黄俊斌
刘文
李哲宇
顾宏灿
姚高飞
机构
海军工程大学兵器工程学院
海军工程大学电磁能技术全国重点实验室
出处
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2024年第12期17-29,共13页
基金
国家自然科学基金(11774432)。
文摘
针对基于空间耦合传输方法的电机转子温度监测系统,采用光纤光栅的传输矩阵理论和自聚集透镜的耦合传输理论,建立了转子运动条件下光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)的扫描光谱模型,首先研究了扫描光谱的畸变规律及各算法的寻峰效果,结果表明:转子的涡动导致FBG扫描光谱的反射峰发生偏移,3 dB带宽减小,随着耦合损耗与原始反射峰之间的相位差发生变化,中心波长的最大扫描误差以类似正弦函数的规律发生变化,新反射峰位置由耦合损耗变化速率、FBG原始反射率及其变化速率之间的限定关系决定。协调解调仪扫描速率与转子涡动频率之间的数值关系是减轻光谱畸变的主要方法;此外,相比于半峰法和多种拟合型算法,质心法通过提取畸变光谱的重心也明显地减小了中心波长的扫描误差。然后,通过理论和试验研究了转子涡动频率与解调仪扫描频率对系统测温误差产生的影响,结果表明:随着耦合损耗周期与光谱扫描时间之比(q值)的增加,系统的最大测温误差先剧烈地减小、然后缓慢减小至稳定,令q>10是确保系统的测温误差及其波动较小的最低条件;对于转速小于200 000 r/min的转子(涡动频率小于1 667 Hz),当转子径向振动的幅值小于200μm、轴心轨迹的轴比小于3、轴心线偏转的角度小于0.1°时,采用扫描频率大于760 Hz的解调仪和质心寻峰法可以保证涡动引起的测温误差小于0.3℃,为转子测温系统的实际应用及测温误差的预估提供了依据。
关键词
光纤光栅(FBG)传感器
转子温度监测系统
转子
运动
畸变光谱
寻峰误差
Keywords
fiber Bragg grating(FBG)sensors
rotor temperature monitoring system
rotor whirling
distorted spectrum
measurement error
分类号
TP212.1 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
基于空间耦合传输方法的FBG传感器转子涡动测温误差及其影响因素研究
2
作者
陈思彤
黄俊斌
顾宏灿
姚高飞
徐丹
李哲宇
机构
海军工程大学兵器工程学院
海军工程大学电子工程学院
海军工程大学电磁能技术全国重点实验室
出处
《光子学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第4期104-119,共16页
基金
国家自然科学基金(No.11774432)。
文摘
针对电机转子涡动对光纤光栅温度监测系统精度产生的影响,采用光纤光栅(FBG)的传输矩阵理论和自聚集透镜的耦合损耗理论,建立了涡动条件下FBG扫描光谱模型,结合相关试验,研究了扫描光谱的畸变规律及系统测温误差的影响因素。结果表明:涡动导致扫描光谱反射峰发生偏移、3 dB带宽减小,通过协调涡动频率和解调仪扫描频率,使准直器间耦合损耗周期达到FBG光谱扫描时间的10倍以上(q>10)是保证较低测温误差的关键;同时,质心法对剧烈涡动条件下扫描光谱的寻峰效果明显优于高斯曲线拟合法。随着转子端面处的径向位移幅值或轴线偏角幅值的增大,系统的测温误差先缓慢地增大、后剧烈地增大;随着椭圆形轴心运动轨迹轴比的增大,测温误差先剧烈地增大、后缓慢地增大至稳定。当转子径向位移幅值小于200μm、轴线偏角幅值小于0.167°时,在轴比等于3、q值等于10条件下,15次采样试验反映出质心法和高斯曲线拟合法分别令系统的测温误差从2.9℃降低至0.6℃和1.1℃,为监测系统的应用与测温精度的预估提供了依据。
关键词
光纤光栅
温度
传感器
转子温度监测系统
转子
涡动
畸变光谱
测温误差
Keywords
Fiber Bragg grating sensors
Rotor temperature monitoring system
Rotor whirling
Distorted spectrum
Measurement error
分类号
TP212.9 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
转子运动条件下光纤光栅的扫描光谱特性及测温误差研究
陈思彤
黄俊斌
刘文
李哲宇
顾宏灿
姚高飞
《振动与冲击》
EI
CSCD
北大核心
2024
1
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职称材料
2
基于空间耦合传输方法的FBG传感器转子涡动测温误差及其影响因素研究
陈思彤
黄俊斌
顾宏灿
姚高飞
徐丹
李哲宇
《光子学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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