【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于缸套表面形变测量，特别是涉及一种基于光纤光栅加速度传感器的船舶柴油机气缸套表面形变测量方法。
技术介绍
1、在发动机领域，缸套变形的研究至关重要。缸套变形通常借助有限元分析方法进行预测，然而，由于其是多物理场耦合作用的结果，众多影响因素以及建模简化、分析假设的差异会影响计算结果的准确性。所以，对缸套变形的测试与分析不可或缺，其能为计算提供精准边界条件并修正有限元分析模型。
2、一直以来，缸套变形测试困难重重，特别是动态工作变形的测试。通常，缸套变形数据多在机体组件装配和工作后的静态下实测获取，国内外发动机厂家常采用三维测量仪进行静态变形测试，虽能了解加工制造公差、评估螺栓预紧力等的影响，以及不同材料和工作温度带来的热变形情况，但此方法在发动机静态下进行，忽略了燃烧导致的组件温度差异和燃气压力产生的机械载荷。
3、不仅如此，精密测量仪器价格高昂且仅能测量静态数据，对于工作状态下的发动机，缸套动态变形研究主要依靠电涡流传感器、应变片传感器等，然而这些传统方法存在诸多局限。
4、在此背景下，基于光纤光栅加速度传感器的船舶柴油机气缸套表面形变测量方法展现出了显著优势。其具有高灵敏度，能够测到更微小的应变，相较于传统的应变片等方法，在测量精度和对微小形变的捕捉能力上表现更为出色。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种基于光纤光栅加速度传感器的船舶柴油机气缸套表面形变测量方法。
2、本专利技术是通过
3、在缸套外部安装若干个低频高灵敏的光纤光栅加速度传感器，通过测量缸套表面振动加速度的形式，将光信号转化为电信号，进行滤波、放大和降噪处理，用频谱分析确定振动频率成分和幅值，通过积分运算将加速度转化为速度再到位移来得到缸套表面形变情况。
4、进一步地，将光纤光栅加速度传感器准确稳固地安装在气缸套表面，在柴油机运行时，气缸套表面由于活塞运动和燃烧过程产生振动，并将振动传递给光纤光栅加速度传感器，光纤光栅加速度传感器的质量块和悬臂梁进行振动，带动上下光纤光栅产生伸缩形变，进而引起光纤光栅的反射波长发生漂移。
5、进一步地，通过光纤解调仪解调中心波长的变化情况获取中心波长变化量即波长漂移量和加速度之间的关系，光纤光栅加速度传感器检测振动并通过光纤解调仪将加速度信号转换为光信号波长变化，从而将波长变化传输到计算机进行处理。
6、进一步地，将计算机处理后得到的电信号进行滤波、放大和降噪处理，用频谱分析确定振动频率成分和幅值，通过积分运算将加速度信号转化为速度再到位移信号，根据位移信号结合气缸套几何形状和力学特性计算缸套表面形变大小。
7、进一步地，针对不同缸套测量需求设计不同灵敏度的光纤光栅加速度传感器，具体为：
8、将缸套上任意位置处由于应变而产生的位移情况视作具有特定规律的正弦函数来进行理解和分析，正弦函数的表达式为：
9、x＝asin(2πft)
10、对正弦函数进行两次求导操作，从而得到其加速度a为：
11、a＝a(2πf)2sin(2πft)
12、其中，a为振幅等于半径变化量δr，缸套的周长变化量为δl时，半径变化量为δr，并且频率周期n为曲轴转速；
13、之后通过使用光纤解调仪的分辨率p，代入灵敏度计算公式即可得到所需要的传感器灵敏度k。
14、进一步地，灵敏度计算公式为：
15、
16、进一步地，柴油机气缸套表面按照6列4排传感器进行排列。
17、进一步地，每一列传感器与光纤解调仪相连测量波长漂移量信号，光纤解调仪与计算机相连，计算机上波长漂移量进行处理，根据标准加速度计标定得到的加速度与振动频率的关系，进而得到所测加速度数据，所测的加速度数据利用计算机积分得到位移量数据，也就是缸套表面变形数据。
18、本专利技术还提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种基于光纤光栅加速度传感器的船舶柴油机气缸套表面形变测量方法的步骤。
19、本专利技术还提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种基于光纤光栅加速度传感器的船舶柴油机气缸套表面形变测量方法的步骤。
20、与现有的传统应变片技术相比，本专利技术所述光纤光栅加速度传感器测量法的优点在于：
21、1.抗干扰性强：光纤传输的光信号不受电磁干扰，能解决传统应变片易受电磁干扰而产生测量误差的问题，确保测量结果的准确性。
22、2.高灵敏度：特别是低频高灵敏的特性，能够更精准地检测微小振动加速度变化，这弥补了传统应变片在捕捉细微表面形变特征方面的不足。
23、3.良好的耐久性：光纤材料耐腐蚀、耐磨，可在恶劣环境中长期稳定工作，而传统应变片可能因环境因素影响性能，导致测量结果不稳定。
24、4.分布式测量能力：能同时获取多个位置的振动信息，全面掌握缸套表面形变状况，传统应变片通常只能单点测量，无法提供整体的形变情况。
25、5.远距离传输优势：光信号远距离传输衰减小，方便数据采集与处理，传统应变片的电信号长距离传输易有损耗和干扰，影响数据质量。
26、6.安装便捷：在缸套外部安装相对简单，无需复杂的粘贴工艺和高精度的表面处理，解决了传统应变片安装繁琐、校准困难的问题。
27、7.出色的温度补偿：对温度变化不敏感或能有效补偿，减少温度对测量结果的影响，传统应变片在温度变化大的环境中测量结果偏差较大的问题得以改善。
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1.一种基于光纤光栅加速度传感器的船舶柴油机气缸套表面形变测量方法，其特征在于，所述方法具体为：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将光纤光栅加速度传感器准确稳固地安装在气缸套表面，在柴油机运行时，气缸套表面由于活塞运动和燃烧过程产生振动，并将振动传递给光纤光栅加速度传感器，光纤光栅加速度传感器的质量块和悬臂梁进行振动，带动上下光纤光栅产生伸缩形变，进而引起光纤光栅的反射波长发生漂移。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过光纤解调仪解调中心波长的变化情况获取中心波长变化量即波长漂移量和加速度之间的关系，光纤光栅加速度传感器检测振动并通过光纤解调仪将加速度信号转换为光信号波长变化，从而将波长变化传输到计算机进行处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将计算机处理后得到的电信号进行滤波、放大和降噪处理，用频谱分析确定振动频率成分和幅值，通过积分运算将加速度信号转化为速度再到位移信号，根据位移信号结合气缸套几何形状和力学特性计算缸套表面形变大小。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对不同缸套测量需求设
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，灵敏度计算公式为：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，柴油机气缸套表面按照6列4排传感器进行排列。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每一列传感器与光纤解调仪相连测量波长漂移量信号，光纤解调仪与计算机相连，计算机上波长漂移量进行处理，根据标准加速度计标定得到的加速度与振动频率的关系，进而得到所测加速度数据，所测的加速度数据利用计算机积分得到位移量数据，也就是缸套表面变形数据。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅加速度传感器的船舶柴油机气缸套表面形变测量方法，其特征在于，所述方法具体为：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将光纤光栅加速度传感器准确稳固地安装在气缸套表面，在柴油机运行时，气缸套表面由于活塞运动和燃烧过程产生振动，并将振动传递给光纤光栅加速度传感器，光纤光栅加速度传感器的质量块和悬臂梁进行振动，带动上下光纤光栅产生伸缩形变，进而引起光纤光栅的反射波长发生漂移。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过光纤解调仪解调中心波长的变化情况获取中心波长变化量即波长漂移量和加速度之间的关系，光纤光栅加速度传感器检测振动并通过光纤解调仪将加速度信号转换为光信号波长变化，从而将波长变化传输到计算机进行处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将计算机处理后得到的电信号进行滤波、放大和降噪处理，用频谱分析确定振动频率成分和幅值，通过积分运算将加速度信号转化为速度再到位移信号，根据位移信号结合气缸套几何形状和力学特性计算缸套表面形变...
【专利技术属性】
技术研发人员：柴全，杜宇，辛森，刘镕瑄，段超，张建中，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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