光纤Bragg光栅传感技术及其镗削颤振监测应用研究

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切削颤振是机械加工过程中工件和刀具之间发生的强烈相对振动,是一种复杂的动态不稳定现象,也是影响机械产品加工质量和机床切削效率的关键因素之一。镗孔加工为半封闭加工过程,当镗杆的长径比较大时,镗杆的大悬伸量降低了镗削系统的刚度,进而极易引发镗杆颤振。针对镗杆受限密闭空间内颤振的实时监测问题,本文引入光纤传感技术,针对光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感及其镗削颤振监测的应用研究,本文涉及如下主要内容:  (1)综述颤振监测技术、光纤光栅传感技术及其振动传感应用研究现状;基于光波电磁理论和耦合模的理论分析FBG传感机理,并仿真分析其反射谱特性。  (2)推导光纤光栅轴向均匀应变传感数学模型、分析并修正FBG温度传感理论模型;借助光谱分析仪通过实验研究FBG的谱型、温度以及应变传感性能,论证FBG传感特性;建立基于相容性考虑的FBG应变传感效率理论模型;采用MATLAB数值分析影响应变传感监测性能的工艺参数,并通过实验分析光栅工艺参数长度L对应变传感性能的影响,论证理论分析结果,为FBG传感封装粘贴准备必要的理论指导。  (3)简要概述现有光纤光栅传感解调技术,基于动态信号监测应用的特点,深入研究基于线性边缘模型的光纤光栅传感解调技术,提出基于ASE+CWDM的传感解调方法;实验分析该解调方案的性能,论证解调方法的可行性。  (4)根据镗削颤振过程中镗杆表面动态应变的分布特点,提出FBG表面粘贴封装的应变传感监测方案,用于监测镗削过程中削扁镗杆工作状态;对实验数据初步处理,通过与传统的加速度和应变片信号比较,给出由FBG应变传感的镗削颤振特征信号。
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