基于光纤光栅的风机叶片应变监测关键技术研究

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenman1982
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目前,越来越多的应变传感技术被应用于风电系统中,这样不仅可以预防风机叶片的损坏,而且极大地减少了经济损失。另一方面,光纤传感技术得到飞速发展。其中光纤布拉格光栅(FBG)传感器以精度高、寿命长、抗电磁干扰强等优点,已经受到越来越多的关注。因此,本文基于FBG传感原理,并结合时分复用(TDM)和波分复用(WDM)技术,重点从软件设计和信号处理方面研究了风机叶片应变系统高速解调问题,成功实现了叶片的准分布式应变监测。首先,论文介绍了光纤光栅应变解调及复用的基础知识,比较了TDM和WDM技术的优缺点。通过在WDM技术的基础上引入TDM,提出了一种风机叶片准分布式应变监测的方案。其次,分析了系统硬件电路的整体架构,详细介绍了系统的机械结构设计,包括机箱、固定底板与光纤光栅板。再次,从寻峰和滤波处理两个部分对系统的软件开发进行了阐述。为了降低光路和电路噪声的影响,本文分别利用平均值滤波、复合滤波(限幅法+滑动滤波法)以及卡尔曼滤波三种算法,并通过实验分别从速率、动态范围、稳定性(标准差)以及效率等方面对这三种算法做了详细比较。最后通过实验验证了本系统的可行性,并对系统的优缺点做了总结。本文的主要结果包括:(1)风机叶片的静态应力模拟实验验证了系统可以灵敏地监测叶片应变分布;(2)在信号处理方面,将硬件滤波与软件滤波处理相结合,达到了更理想的效果。在不影响监测速率的情况下,从稳定性、动态范围、效率以及程序编写的方便性来说,复合滤波更适合于本系统;(3)处理后的信息可以通过串口、USB口或者以太网口传给上位机,实现远程监控以及应变曲线的图形化显示。
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