1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械朝大型化、高速、重載、大功率方向發(fā)展，其軸系結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，從而導(dǎo)致網(wǎng)機(jī)耦合，誘發(fā)軸系扭振，并造成扭轉(zhuǎn)疲勞，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致部件的瞬時(shí)破壞，故旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭轉(zhuǎn)振動(dòng)問(wèn)題日趨嚴(yán)重，已成為引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的重要原因之一。扭振檢測(cè)對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估具有重要意義，而現(xiàn)有的扭振測(cè)量技術(shù)在傳感器安裝的方便性，信號(hào)的傳輸與處理，抗干擾等方面還存在問(wèn)題。因此，深入研究旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振測(cè)量方法、改善監(jiān)測(cè)裝置性能、開發(fā)和完善扭振測(cè)

2、試系統(tǒng)，已成為旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷領(lǐng)域的迫切任務(wù)。
　　論文旨在將體積小、重量輕、抗電磁干擾強(qiáng)及一線多點(diǎn)、無(wú)源多場(chǎng)的光纖光柵（Fiber BraggGrating，F(xiàn)BG）這一新型傳感技術(shù)引入旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振檢測(cè)，突破現(xiàn)有扭振傳感方法的局限，為光纖光柵扭振傳感器實(shí)用化提供理論依據(jù)，開辟旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振檢測(cè)新途徑。為此，重點(diǎn)研究基于光纖光柵的旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振傳感原理和實(shí)驗(yàn)方法，通過(guò)探究分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振的動(dòng)力學(xué)特性，建立光纖光柵扭振應(yīng)變傳遞

3、模型，設(shè)計(jì)光纖光柵扭振傳感體結(jié)構(gòu)，獲取光纖光柵扭振傳感信號(hào)，探討基于希爾伯特-黃變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振特征提取方法，開展光纖光柵扭振傳感器的測(cè)試分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出基于光纖光柵的扭振傳感器設(shè)計(jì)理論和方法。論文的主要工作如下：
　　1、在剖析旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，建立了旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)光纖光柵扭振傳感體結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)態(tài)應(yīng)變檢測(cè)性能、光纖光柵參數(shù)選擇、信號(hào)解調(diào)方法進(jìn)行了深入研究，提出了一種基于光纖光柵的旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振測(cè)量方法，

4、解決傳統(tǒng)電測(cè)方法線路復(fù)雜、信號(hào)傳輸困難以及抗電磁干擾能力差的難題；探討了旋轉(zhuǎn)機(jī)械光纖光柵扭振應(yīng)變傳遞特性，建立了旋轉(zhuǎn)機(jī)械光纖光柵扭振應(yīng)變傳遞模型，得到了扭矩/角位移到光纖光柵波長(zhǎng)變化量的函數(shù)關(guān)系式，為光纖光柵扭振傳感體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究提供理論支撐。
　　2、通過(guò)分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振檢測(cè)的要求，提出了兩類光纖光柵傳感體結(jié)構(gòu)（接觸式和非接觸式）設(shè)計(jì)方案。研究了以轉(zhuǎn)軸為彈性元件的傳感體結(jié)構(gòu)及其傳遞模型，討論了彈性元件參數(shù)和光纖光柵粘貼方式

5、，靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明光纖光柵應(yīng)變和輸入扭矩呈線性關(guān)系，線性度達(dá)到99.8％，扭矩檢測(cè)靈敏度為3.78με/Nm；采用有限元理論分析了以慣性環(huán)為彈性元件的傳感體結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的影響。針對(duì)非接觸式扭振傳感器，提出了一種基于磁耦合探頭的光纖光柵非接觸扭振檢測(cè)方案，優(yōu)化了非接觸傳感探頭的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在量程為1mm時(shí)檢測(cè)靈敏度為1.14μm/pm，線性度誤差只為0.9%，通過(guò)動(dòng)態(tài)特性分析及性能測(cè)試可知，該傳感探頭能夠滿足非接觸

6、扭振檢測(cè)的要求；這不僅為試驗(yàn)測(cè)試提供了選擇依據(jù)，而且豐富和發(fā)展了現(xiàn)代測(cè)試?yán)碚摵托D(zhuǎn)機(jī)械在線監(jiān)控技術(shù)。
　　3、根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械光纖光柵扭振測(cè)試特點(diǎn)，提出了旋轉(zhuǎn)機(jī)械光纖光柵扭振檢測(cè)集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振檢測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)，完成了被測(cè)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇了加載方式并設(shè)計(jì)了加載裝置，確定了被測(cè)對(duì)象上傳感器的布置和粘貼，解決了光纖布線以及信號(hào)的旋轉(zhuǎn)傳輸問(wèn)題。開發(fā)了集成測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了光纖光柵以及電測(cè)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、儲(chǔ)存以及分析

7、和處理，并對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行了以動(dòng)態(tài)方式將實(shí)驗(yàn)測(cè)試及相應(yīng)測(cè)點(diǎn)的結(jié)果三維可視化。
　　4、通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)械扭振激勵(lì)源分析，確定了扭振測(cè)試實(shí)驗(yàn)方案，開展了光纖光柵扭振檢測(cè)方法實(shí)驗(yàn)測(cè)試，完成了兩種接觸式彈性結(jié)構(gòu)體在正弦和階躍激勵(lì)下的扭振響應(yīng)測(cè)試。針對(duì)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)的彎振耦合現(xiàn)象進(jìn)行了彎振信號(hào)解耦；通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行希爾伯特-黃變換的包絡(luò)譜分析和小波變換時(shí)頻譜分析，提取扭振激勵(lì)信號(hào)特征量；通過(guò)對(duì)運(yùn)行全過(guò)程數(shù)據(jù)時(shí)頻分析，有效獲取了扭振發(fā)生時(shí)間及激勵(lì)源特