[发明专利]直升机轴承故障的光纤光栅声发射检测方法

说明书

技术领域

本发明属于声发射检测技术领域，特别涉及直升机尾传动轴支撑轴承等轴承故障的光纤光栅声发射检测方法。

背景技术

直升机的尾传动轴主要是将主减速器的扭矩传递给尾桨，它装在尾梁内，是高速旋转部件，其中尾传动轴支撑轴承是关键部件。目前，多采用目视、手摸温度等原始检测方法判断或基于振动的检测方法，均不能有效发现故障（尤其是早期故障）。轴承故障（裂纹、磨损、点蚀、剥落、松动等）要经过一个慢扩展过程，这个阶段不足以引起轴承明显振动，而声发射信号则比较明显，因而声发射检测能早期预报轴承故障，相比传统的振动信号检测方法，有其独特的优越性。在航空器变速等鲁棒性较低的系统中，轴承的早期微弱故障就会导致灾难性的后果，需要进行早期故障的有效检测判别或状态监测。

由于是高速旋转部件，当尾传动轴轴承产生故障时，故障点与其他部件发生碰撞，产生瞬时尖峰脉冲，即声发射信号，因此检测这种声发射信号即可判断尾传动轴轴承的故障发生、发展情况。

光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在纤芯内产生沿纤芯轴向周期性变化的折射率。当一束宽带光进入光纤布拉格光栅时，只有满足其反射条件（布拉格波长）的很窄的光才能被光纤布拉格光栅反射回去，其余的光透射而出，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜。由于光纤布拉格光栅只对它感兴趣的波长进行发射，经常被用于传感，在高速公路、桥梁、矿山、地质勘探、铁路、石油/天然气管道的结构健康监测中得到广泛应用。

现有的光纤光栅声发射传感系统如中国专利CN201110207340.8“一种基于光纤布拉格光栅的声发射信号传感系统”、CN201110238795.6“一种基于光纤布拉格光栅的声发射信号功率型无损检测方法”等都实现了声发射信号的准确检测，扩大了光纤光栅在声发射检测领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于，克服已有的技术局限，将光纤布拉格光栅引入声发射领域，提供了直升机轴承故障的光纤光栅声发射检测方法，该方法具有检测灵敏度高、不受电磁干扰、适合日常维护时地面试车状态下原位在线检测等特点。

本发明为了达到上述目的采用的技术方案为：直升机轴承故障的光纤光栅声发射检测方法，将窄带光信号与传感光纤布拉格光栅相连；有故障的轴承在工作中会产生声发射信号，经过材料传播到达传感光纤布拉格光栅，反射出调制光信号；调制光信号经光电转换为电信号，电信号经过放大、采集后，再进行共振解调处理；

其中窄带光信号是由窄带可调谐激光器生成的，其中心波长在传感光纤布拉格光栅反射谱的3dB点处，此时使得传感光纤布拉格光栅具有最高的灵敏度（即工作点）；当有故障的轴承工作时，其故障点与其余部件的碰撞，会向外发出应力波，即声发射信号，该声发射信号被耦合于轴承附近的传感光纤布拉格光栅接收到，引起传感光纤布拉格光栅的中心波长发生变化，反射输出调制光信号，该调制光信号被光电转换为电信号，经过放大、采集后，再进行共振解调处理。

进一步的，所述传感光纤布拉格光栅耦合于轴承附近的材料的表面：若传感光纤布拉格光栅未封装，则用502胶水粘贴于材料的表面；若传感光纤布拉格光栅已封装，则将封装后的传感光纤布拉格光栅使用凡士林耦合于材料的表面并通过强力胶带固定；

进一步的，所述传感光纤布拉格光栅反射谱3dB带宽小于0.3nm，中心反射率大于90%，边模抑制比小于15dB。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1、传统的直升机轴承故障检测手段（目视、振动、磁粉等）故障诊断率不高，难以发现早期故障，而本发明提供的光纤光栅声发射传感方法具有较高的检测精度，可结合日常维护时进行，安装和操作简单，能够检测出轴承的早期故障状态，准确识别故障类型，对其视情维修和延寿具有重要意义。

2、与基于振动传感器以及压电式声发射传感器的检测方法相比，谱底噪声小，谱线清晰、干净，更容易分辨故障频率和分析故障的严重程度。

附图说明

图1是直升机轴承故障的光纤光栅声发射检测方法；

图中：1、有故障的轴承，2、声发射信号，3、传感光纤布拉格光栅，4、窄带光信号，5、调制光信号，6、电信号，7、放大、采集，8、共振解调处理；

图2是单光纤光栅声发射传感原理；LD为窄线宽光源，FBG为光纤布拉格光栅；

图3是滚动轴承内部结构示意图及各部分故障特征频率理论公式；

图4是共振解调算法示意图；