摘 要

本文研究的是，依据齿轮传动光纤光栅动态检测系统实验，弄清其功能、特性和要求，设计出信号融合和及其特征提取的总体方案通过实际的检测系统，进行分析处理软件的调试，实现检测系统能在实际中测试的目的。

利用实验室中多功能齿轮传动试验台采集系统，采取多传感器信号的融合方法，主要根据融合加权（OWFA）和支持向量法(SVM)进行理论分析。得到数据后，利用MATLAB进行数据处理，通过傅立叶变换（STFT）、时域和频域分析，得出温度应变的线性变化规律，健康齿轮和故障齿轮特征对比分析结果。

在实际生活中，对齿轮装置等机器在线检测，对采集的数据形成的波形，结合本文研究的结论，简单地得出故障的类型。

关键词：故障检测 齿轮传动 多传感器融合 信号分析处理

Abstract

In this paper, on the basis of gear transmission fiber Bragg grating dynamic detection system experiment, make clear its function, characteristics and requirements, design the signal through the actual fusion and feature extraction of the detection system, carries on the analysis of processing software debugging, achieve the purpose of the test system can test in actual.

Using the multi-function gear transmission test-bed acquisition system in the laboratory, adopts the method of the fusion of multi-sensor signal, mainly based on weighted fusion (OWFA) and support vector method (SVM) theory analysis. After get the data, the use of MATLAB for data processing, through Fourier transform (STFT), the time domain and frequency domain analysis, it is concluded that the linear variation law of temperature and strain, health gear and gear fault characteristics analysis results.

In real life, on-line inspection of gear machine, waveform of data form, together with the conclusion of the research for this article, simply it is concluded that the type of fault.

Key words: fault detection, gear transmission, multi sensor fusion, signal analysis and processing

目录

摘要 I

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 背景分析 1

1.2 国内外相关领域研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 课题研究的内容 2

1.4 课题研究的目标及意义 3

第二章 光纤Bragg光栅传感器的概述 5

2.1 FBG传感技术 5

2.1.2 FBG的研究 5

2.1.2 FBG的应变传感特性 5

2.1.3 FBG的温度传感特性 6

2.2 多传感器融合方法 7

2.2.1融合方法的研究 7

2.2.2 OWFA最优加权融合 7

2.2.3 SVM（支持向量机） 8

第三章 齿轮传动的动态检测系统设计 10

3.1 检测系统的总方案设计 10

3.1.1 多个传感器 11

3.1.2 齿轮箱安装 14

3.2 FBG解调原理 16

3.2.1可调谐F-P滤波器法 16

3.2.2匹配光纤光栅滤波器法 16

3.3 数据采集系统 17

3.4 软件系统 18

3.4.1 LabVIEW 19

3.4.2 MATLAB 21

第四章 动态检测的特性分析 25

4.1齿轮传动的动态特性 25

4.1.1信号分析 25

4.1.2变化趋势 26

4.2 故障特征提取和判断 27

4.2.1 时域信号分析 27

4.2.2 频域信号分析 28

4.3 时空标配方法 29

4.3.1 时间配准 29

4.3.2 空间配准 29

4.4 SVM的应用测试效果 30

第五章 总结和展望 35

参考文献 36

致谢 38

第一章 绪论

1.1 背景分析

齿轮具有效率高、承载力强、精度高和寿命长等特点，如今齿轮被广泛地应用于工业、电力、运输业等。主要然而往往发生机械故障大多与齿轮有关，因此，论文研究的内容关于齿轮传动的动态检测。

齿轮箱组成的部件有齿轮、滚动轴承和转子，当齿轮箱发生故障时，就会考虑到是其中一个或多个部件发生故障。其中，仅仅齿轮故障占60%，所以一般去分析齿轮故障的原因及类型。考虑到实际中的情况，在实验中主要针对齿轮的故障。利用故障诊断技术来判断故障的类型和位置，而且还能起到预防事故发生的作用；该技术被有效地运用到机械设备中，能够确保设备正常地运行，从而带来更多的经济和社会效益。

在齿轮外侧贴光纤光栅，再对齿轮状态进行检测，需要用到多个光纤光栅传感器，来测量应变、温度、扭矩等多个信息源^[1]。信息获取是机械故障诊断技术的前提和基础，一般情况下，是无法直观地从信号波形进行故障判断。

对多个数据采集优于对单独数据采集，多信号融合可以将多个信息源综合处理，借助合适的算法和模型对数据进行预处理或优化，来获得更加精确的信息^[2]。在实验中都具有相应的传感器材料，多个一起用在方案中是可实现的。

数据采集要用到虚拟仪器NI LabVIEW，该软件包含集图形开发、调试程序与运用，也是目前发展速度最快、应用范围最广、图形功能最全的软件开发工具。华东交通大学设计开发了一个基于LabVIEW的齿轮箱状态监测的测试系统，通过对提取的齿轮箱状态的振动等信号，对齿轮箱的故障做出了分析和统计^[3]。

1.2 国内外相关领域研究现状

初步涉及论文要求，选择齿轮传动故障诊断作为背景介绍。