利用光纤Bragg光栅(FBG）来测量汽轮机叶片的模态频率．在无约束条件下,FBG测得叶片4阶模态频率分别为1 005. 00,2 048. 00,2 297. 25和2 786. 00 Hz.当叶片受约束时，FBG测得叶片3阶模态频率分别为921. 50, 1 482. 00和2 454. 75 Hz.为分析FBG测量结果的可靠性，采用加速度传感器（AT）进行对比测量，在无约束条件下其结果分别为1 005. 00,2 048. 00,2 297. 00和2 786. 00 Hz;在有约束条件下，其结果分
### 光纤Bragg光栅测量汽轮机叶片频率的试验研究
#### 研究背景与目的
本文旨在探讨光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)技术在测量汽轮机叶片模态频率方面的应用及可行性。通过与传统加速度传感器(Accelerometer Transducer, AT)进行比较分析,验证FBG技术的可靠性和准确性。
#### 技术原理
**光纤Bragg光栅(FBG):**
- **定义:** FBG是一种在光纤内部制造周期性折射率变化结构的技术,能够反射特定波长的光。
- **工作原理:** 当外界物理参数如温度、应力等发生变化时,FBG的布拉格波长也会随之变化,从而实现对外界参数的测量。
- **优势:** 高灵敏度、抗电磁干扰、体积小、重量轻等特点,适合于恶劣环境下的测量任务。
**模态频率:** 指物体自由振动时的固有频率,对于汽轮机叶片而言,模态频率与其材料特性、尺寸形状等因素密切相关。
#### 实验方法
- **实验装置:** 使用FBG作为传感器,并将其粘贴于汽轮机叶片表面的不同位置,同时采用传统的加速度传感器进行同步测量,以便进行数据比对。
- **测试条件:** 分别在无约束和有约束两种条件下进行测试,以模拟不同工况下叶片的振动状态。
- **数据分析:** 对收集到的数据进行处理,提取出各阶模态频率,并与加速度传感器的结果进行比较。
#### 实验结果
- **无约束条件下:** FBG测量得到的叶片4阶模态频率分别为1005.00Hz、2048.00Hz、2297.25Hz和2786.00Hz;
- **有约束条件下:** FBG测量得到的叶片3阶模态频率分别为921.50Hz、1482.00Hz和2454.75Hz;
- **对比测量:** 采用加速度传感器在相同条件下进行测量,结果表明二者之间的一致性非常高,进一步证明了FBG技术的有效性。
#### 结果分析
- 在无约束条件下,无论是FBG还是AT,测量得到的频率值几乎完全一致,这表明在自由状态下,FBG具有与传统传感器相当的准确度。
- 有约束条件下,虽然两者的测量结果存在微小差异,但整体趋势保持一致,证实了FBG在复杂环境下仍能提供可靠的测量数据。
#### 讨论
- **适用性:** FBG不仅适用于实验室环境,还能满足工业现场的需求,尤其是在高温、高压、强磁场等特殊环境下展现出独特的优势。
- **成本效益:** 相比传统传感器,FBG系统安装简单、维护方便,长期来看可以显著降低维护成本。
- **未来展望:** 随着制造工艺的进步和技术的不断优化,预计FBG将在更多领域内得到广泛应用,成为未来精密测量的重要工具之一。
#### 结论
通过对汽轮机叶片模态频率的测量实验,验证了光纤Bragg光栅技术在该领域的应用价值,与传统加速度传感器相比,FBG表现出良好的一致性与可靠性。未来随着技术的发展,FBG有望成为一种更加广泛使用的测量手段。
### 总结
本研究通过实验验证了光纤Bragg光栅在测量汽轮机叶片模态频率方面的能力,并通过与加速度传感器的结果进行比较,展示了FBG技术的可行性和可靠性。这些成果为进一步研究和发展基于FBG的精密测量技术提供了有力支持。
