CN106225908A - 基于光纤光栅的管路系统振动故障监测方法 - Google Patents

基于光纤光栅的管路系统振动故障监测方法 Download PDF

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翟敬宇
韩清凯
高培鑫
宋旭圆
魏代同
闫洋洋
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    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明属于液压管路系统振动监测领域，提供基于光纤光栅的管路系统振动故障监测方法。电磁振动台用来提供液压管路所受的基础激励，电磁振动台台面与安装壁板相连接；安装壁板用来支撑液压管路；光纤光栅传感器的末端与光纤光栅解调仪相连接；所述的光纤光栅解调仪用于对传输波长进行分析，其两侧分别与布置在液压管路上的光纤光栅传感器和信号采集控制箱连接；信号采集控制箱采集光纤光栅解调模块传输出的信号，信号采集控制箱两侧接口通过数据采集线分别与光纤光栅解调模块和PC机连接；本发明通过光纤光栅传感器对液压管路的振动状态进行实时的监测，能够实现分布式，多物理量测量，对故障状态反映敏感，能够有效地反映出液压管路的故障位置。

Description

基于光纤光栅的管路系统振动故障监测方法
技术领域
本发明涉及液压管路系统振动监测领域，尤其涉及基于光纤光栅的管路系统振动故障监测方法。
背景技术
液压系统的振动在工程实际中普遍存在，管路作为液压系统的重要组成部分，对液压系统甚至整个工程结构的安全稳定运行起着关键的作用，它不仅连接着液压系统设备各部件，保证其正常工作，而且具有传递着系统能量的功能。所以管路的振动影响着整个液压系统的可靠性与稳定性。
目前，除光纤光栅型传感器的原理性研究之外，分布式光纤传感系统也是一个重要的研究重点。分布式FBG传感系统是在一根光纤中串接多个FBG传感器，每个光栅的工作波长相互分开，在经过耦合器取出反射光后，再用波长探测解调系统同时对多个光栅的波长偏移进行测量，从而检测出相应被测量的大小和空间分布。分布式光纤传感系统是一种传感器网络，它可以从整体上对被测对象的有关物理量的变化时间、位置进行监控。通过对分布式光纤传感器、执行结构、信号处理系统、传输系统和控制系统的结合，可形成一个智能结构。
国内外在理论方面都取得了一定的进展，但是目前这方面的实验研究较少，国内的试验研究都是基于故障的实验分析，对故障点进行FFT分析，利用三维瀑布图找到振动的疲劳源进而确定引起振动故障的原因。
长期以来，液压管路系统的振动故障比较突出，并且由于自身形状及空间布置的独特性，使得管路系统的故障测试不容易实现。目前国内外通常采用应变计与压电式加速度传感器相结合的方式，对发动机液压管路的振动特性进行测试。传统的测试方法测点位置有限，并且受管路空间布置的影响较大，因此利用先进的传感器进行多点多参数的测试，对开展液压管路系统的振动故障监测具有重要的意义。
发明内容
本发明旨在解决现有传统液压管路系统故障监测的不足，利用光纤光栅传感技术提供液压管路振动故障监测的有效测试方法，本发明具有抗干扰能力强、稳定性好、测点多、适应性强等优点。
本发明的技术方案：
基于光纤光栅的管路系统振动故障监测方法所用的故障监测系统包括电磁振动台1、安装壁板2、液压管路3、光纤光栅传感器4、光纤光栅解调模块5、信号采集控制器6和PC机7；
所述的电磁振动台1用来提供液压管路3所受的基础激励，电磁振动台1台面与安装壁板2相连接；所述的安装壁板2用来支撑液压管路3，通过卡箍与液压管路3相连接；所述的光纤光栅传感器4用来监测液压管路3的振动状态以及管体的温度变化，光纤光栅传感器4的末端与光纤光栅解调仪5相连接；所述的光纤光栅解调仪5用于对传输波长进行分析，其两侧接口分别与布置在液压管路3上的光纤光栅传感器4和信号采集控制箱6相连接；所述的信号采集控制箱6采集光纤光栅解调模块5传输出的信号，信号采集控制箱6两侧接口通过数据采集线分别与光纤光栅解调模块5和PC机7相连接；
所述的PC机7采集信号采集控制箱6的信号，并实时的显示和故障监控。
所述的液压管路3用来模拟液压管路的管体碰撞、卡箍松动与温度变化等故障状态，通过管接头相连接，并通过卡箍与安装壁板相连接。
本发明的有益效果：本发明通过光纤光栅传感器对液压管路的振动状态进行实时的监测，能够实现分布式，多物理量测量，对故障状态反映敏感，能够有效地反映出液压管路的故障位置。
附图说明
图1是本发明光纤光栅故障监测系统图。
图2是本发明电磁振动台随机激励载荷谱。
图3是本发明光纤光栅传感器布置示意图。
图4是本发明管体碰撞状态故障监测分析结果示意图。
图5是本发明卡箍松脱状态故障监测分析结果示意图。
图6是本发明管体局部受热状态故障监测分析结果示意图。
图中：1电磁振动台；2安装壁板；3液压管路；4光纤光栅传感器；5光纤光栅解调模块；6信号采集控制器；7PC机；8第一卡箍；9第二卡箍；10第三卡箍；11第四卡箍；A第一测点；B第二测点；C第三测点；D第四测点。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
液压管路的振动故障监测方法所用的故障监测系统包括电磁振动台1、安装壁板2、液压管路3、光纤光栅传感器4、光纤光栅解调模块5、信号采集控制器6和PC机7；
在液压管路系统健康状态监测模拟试验中，模拟管路碰撞、卡箍松动、温度突变等故障状态。
光纤光栅传感器4采用粘贴或者焊接等方式固定于液压管路3表面被测处，液压管路3发生振动时引起光纤光栅传感器4波长发生变化，光纤光栅传感器4上可以设置多个不同光栅格，即在一根光纤上，可以设置多个，不同位置的光栅，形成多个光纤光栅传感器。仅示例性布置在管路表面几个光纤光栅传感器，不受光纤传感器数目和位置的限制。
光纤光栅解调模块5通过对光纤光栅波长进行分析，可以得出被测物理量的变化，并将信号传输到PC机7，可以从整体上对被测对象的有关物理量的变化时间、位置进行监控。
工作过程：电磁振动台1提供一个随机的激励环境，液压管路3通过管接头进行连接，并通过卡箍固定在安装壁板2上，光纤光栅传感器4通过粘贴或者焊接固定在液压管路3的表面上，光纤光栅传感器4测试到液压管路3表面的振动时，光纤光栅传感器4中的反射光波经过光纤光栅解调模块5解调后输入到PC机7中，PC机7对被测物理量进行实时的监测。
当如图4中液压管体3发生碰撞时，由光纤光栅传感器4采集的数据分析结果可知：在45s时刻，第一测点A处的峰值较大，故碰撞发生在管路靠近光纤光栅传感器第一测点A；在105s左右，第二测点B处的峰值较大，故碰撞发生在靠近光纤光栅传感器4的第二测点B；在145-150s，第三测点C处的峰值较大，故碰撞发生在靠近光纤光栅传感器第三测点C；在210s左右，第四测点D处的峰值较大，故碰撞发生在靠近光纤光栅传感器第四测点D；因此从图4明显看出，在液压管体3碰撞故障状态下，光纤光栅传感器4测试能够有效定位故障位置。
选取第二卡箍9为对象调整的拧紧程度，模拟卡箍失效与断裂故障。由光纤光栅传感器采集的数据分析结果可知：光纤光栅传感器第一测点B处测得的振动信号的峰值明显要比光纤光栅其他测点所测得的峰值要高。因此从图5明显看出当卡箍松动和脱落时，光纤光栅传感器第二测点B能够迅速监测到卡箍故障出现的位置。
采用热风枪模拟管路系统局部受热以及沿管体受热故障状态，由光纤光栅传感器采集的数据分析结果可知：在70s时刻，光纤光栅传感器第二测点B局部受热；在112s左右，光纤光栅传感器第四测点D局部受热；因此从图6明显看出当管路局部温度变化时光纤光栅传感器能够迅速监测到温度的变化。

Claims (1)

1.一种基于光纤光栅的管路系统振动故障监测方法，其特征在于，该方法所用的故障监测系统包括电磁振动台、安装壁板、液压管路、光纤光栅传感器、光纤光栅解调模块、信号采集控制器和PC机；
所述的电磁振动台用来提供液压管路所受的基础激励，电磁振动台台面与安装壁板相连接；所述的安装壁板用来支撑液压管路，通过卡箍与液压管路相连接；所述的光纤光栅传感器用来监测液压管路的振动状态以及管体的温度变化，光纤光栅传感器的末端与光纤光栅解调仪相连接；所述的光纤光栅解调仪用于对传输波长进行分析，其两侧接口分别与布置在液压管路上的光纤光栅传感器和信号采集控制箱相连接；所述的信号采集控制箱采集光纤光栅解调模块传输出的信号，信号采集控制箱两侧接口通过数据采集线分别与光纤光栅解调模块和PC机相连接；
所述的PC机采集信号采集控制箱的信号，并实时的显示和故障监控。
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