[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，主要用于装甲车齿轮箱的断齿、磨齿、缺陷等故障诊断。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明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：

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。

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。