一种基于串联式光纤光栅振动敏感元件的装甲车齿轮箱故障诊断方法技术

本发明专利技术提供了一种基于串联式光纤光栅振动敏感元件的装甲车齿轮箱故障诊断方法，主要包括传感和解调两部分。其中，传感部分采用粘贴在装甲车齿轮箱内部的串联式光纤光栅来实现；解调部分采用共振解调技术，包括带通滤波、包络解调、低通滤波和傅里叶变换等信号处理步骤。相比电传感器测量振动信号的方法，体积小、质量轻的光纤光栅可以实现狭小空间的振动信号的测量，在恒温和温度变化较大的环境中也可以进行动、静态测量；另外，由于是基于波长调制的光传感器，光纤光栅具有稳定性高、抗电磁干扰等优点，结合共振解调技术，可以准确诊断装甲车齿轮箱的故障类型。甲车齿轮箱的故障类型。甲车齿轮箱的故障类型。

【技术实现步骤摘要】
一种基于串联式光纤光栅振动敏感元件的装甲车齿轮箱故障诊断方法


[0001]本专利技术属于光纤光栅传感
，主要用于装甲车齿轮箱的断齿、磨齿、缺陷等故障诊断。

技术介绍

[0002]光纤光栅振动传感技术是在光纤光栅受到外界振动影响时，光纤中传输的光的部分特性会发生变化，通过特殊的检测设备进行信号采集并分析，就能检测到光的特性变化，从而检测物体的振动情况的一种传感技术。随着传感技术的不断发展，人们对于传感器的技术需求也在日益提高。能够同时满足灵敏度高、成本低、制备工艺简单、稳定性好的振动传感器是不多见的。在传感检测过程中，灵敏度和稳定性是其主要的技术影响因素，而制备工艺和成本则是工业化生产过程中重要影响因素。同时兼具这些优点的振动传感器正在得到越来越多关注和青睐。
[0003]齿轮箱的故障类型有很多，主要包括轴承内外圈的磨损、裂纹、点蚀、变形等，以及齿轮和齿圈的断齿、齿面磨损、齿根裂纹等。由于轮齿之间的啮合和轴系之间的碰撞，齿轮箱在运转时会产生一系列复杂的振动信号。现有的齿轮箱故障诊断一般采用压电陶瓷加速度传感器、电阻应变片等电传感器在齿轮箱外侧采集振动信号，但电传感器成本较高，体积较大，只能放置在齿轮箱外部，且无法在有电磁干扰的环境下工作。光纤光栅振动传感器作为一种新型传感器，是以光信号作为信号载体，信号传输也是采用光纤传输线。在测试振动过程中光纤光栅振动传感器能够抗电磁干扰，在大电流、强磁场环境下能够正常使用；电绝缘，这是由光纤材质决定的；体积小、重量轻，易组网，能够实现准分布式振动测量远距离传感。/>
技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于克服已有的技术难点，采用串联式光纤光栅采集装甲车齿轮箱振动信号，通过共振解调的方法进行信号处理，从而准确诊断出装甲车齿轮箱的故障类型。该方法具有灵敏度高、穿透力强、抗电磁干扰、适于动和静态检测、适于恒温和变温环境工作等特点。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种基于串联式光纤光栅振动敏感元件的装甲车齿轮箱故障诊断方法。采用串联式光纤光栅采集装甲车齿轮箱振动信号，并通过共振解调的方法进行数据处理，从而判断装甲车齿轮箱的故障类型。所述串联式光纤光栅是指一根光纤上有多个中心波长不同的光纤光栅。该方法的具体内容为：
[0006]将所述串联式光纤光栅用瞬干胶粘贴在装甲车齿轮箱内部的多个被测点位置。所述被测点位置指装甲车齿轮箱内部固定不发生转动的部件或位置。串联式光纤光栅的一端经光纤连接光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪用于采集光纤光栅反射光的中心波长信息。当装甲车齿轮箱存在某种类型的缺陷时，装甲车齿轮箱运行过程中所产生的振动信号会包
含周期性的故障信号。振动信号会以快速应变的形式改变光纤光栅的折射率或光栅周期，从而改变其中心波长。
[0007]由于噪声的强烈干扰，原始振动信号中很难直接进行故障诊断，采用共振解调技术实现对故障信号的提取。首先对信号进行带通滤波，然后对信号进行包络解调，使高频信号转变为低频信号，再对信号进行低通滤波和傅里叶变换，得到包络低频信号的频谱。装甲车齿轮箱的几类故障都有对应的故障频率，这些故障频率可以通过齿轮箱的参数计算得出。通过将频谱及其幅值与故障频率表进行比较，就可以对装甲车齿轮箱的故障类型进行诊断。
[0008]本专利技术与现有技术相比的优点在于：光纤光栅振动传感器体积小、质量轻，在狭小的空间内进行振动信号的测量；串联式光纤光栅振动传感器可以同时对多个位置进行测量。与电传感器相比，光纤光栅振动传感器的成本低。由于是基于波长调制的传感器，光纤光栅振动传感器的稳定性、准确性高，抗电磁干扰，在温度变化较大的环境中仍然可以正常工作。共振解调技术在故障诊断方面准确、可靠。光纤光栅振动传感器搭配共振解调技术进行装甲车齿轮箱故障诊断，能够得到准确的结果。
附图说明
[0009]图1是串联式光纤光栅振动传感器的装甲车齿轮箱故障诊断方法；
[0010]图2是本专利技术实施例的示意图；
[0011]图中：1为具有故障的装甲车齿轮箱，2为串联式光纤光栅振动传感器，3为光纤光栅解调仪，4为带通滤波，5为包络解调，6为低通滤波，7为傅里叶变换，8为故障诊断。其中4、5、6、7属于共振解调技术9的具体步骤。10为装甲车齿轮箱内齿圈。
具体实施方式
[0012]下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。
[0013]内齿圈10是装甲车齿轮箱1中固定不转动的部件。将未经封装的串联式光纤光栅振动传感器2用502瞬干胶粘贴在行星齿轮箱1的内齿圈10的多个位置，光纤的一端连接光纤光栅解调仪3，另一端自由放置。当齿轮箱匀速转动时，包含内齿圈10故障特征频率的振动信号会使光纤光栅2的中心波长发生变化。光纤光栅解调仪3会采集到所有光纤光栅的中心波长变化，作为原始振动信号。再利用共振解调技术对信号进行处理，就可以得到振动信号的频谱信息。通过齿轮箱1的转速、行星轮数量、齿数等参数可以计算出内齿圈10故障特征频率。通过比对振动信号的频谱信息，就可以判断内齿圈10的故障类型。
[0014]尽管上面对本专利技术说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于串联式光纤光栅振动敏感元件的装甲车齿轮箱故障诊断方法，将串联式光纤光栅(2)用瞬干胶粘贴在装甲车齿轮箱内部的多个被测点位置(1)。串联式光纤光栅(2)的一端经光纤连接光纤光栅解调仪(3)，光纤光栅解调仪(3)用于采集串联式光纤光栅(2)反射光的中心波长信息。当装甲车齿轮箱(1)存在某种缺陷时，装甲车齿轮箱(1)运行过程产生的振动信号中会存在周期性的故障信号。振动信号会以快速应变的形式改变光纤光栅(2)的折射率或光栅周期，从而改变其中心波长。由于噪声的强烈干扰，原始振动信号中很难直接进行故障诊断(8)，采用共振解调技术(9)可以滤除噪声，实现对故障信号的提取。具体的步骤为：首先对信号进行带通滤波(4)，滤除部分噪声，然后进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏鹏，郑鹏飞，吕建勋，刘颖异，袁海文，李成贵，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：