利用激光Speckle效应测试发动机功率

论文摘要

在工程实践中,以往发动机功率测量系统大都局限于接触式,需要在被测试的动力系统的回转部分附加许多传感装置,例如应变片、信号发射模块、滑环等,如此一来,不仅造成测量前期准备工作较多,而且由于测量系统的复杂性,直接导致测量的精确性、经济性等受到较大的影响。利用激光散斑(speckle)效应开发的发动机功率测试系统具有非接触性,可以广泛应用于各种场合的发动机功率测试,而且具有高精度、高效率、低成本、易操作等优势,市场前景十分广阔,具有较高的理论意义和实际应用价值。 激光散斑现象产生于激光束与反射表面反射回来的反射光束的干涉。一个反射表面所形成的散斑图样是确定的,并且散斑图样会随反射面运动而运动,特别是目标在回转运动时会产生一个周期性的散斑图样的变化。随着激光散斑统计计量学的发展,目前已经可以利用激光散斑图样的特性开发出一套用来测量回转轴的动扭矩的仪器——激光扭矩仪。它是靠两个独立的激光发射器输出激光信号,该信号被轴的圆周上两个不同截面反射从而形成散斑图样作为轴转动产生的散斑运动信号,这些信号用来测量轴的扭转变形也就是扭矩。 本文对应用激光散斑技术开发的新一代发动机功率测试系统的工作原理进行了详细的介绍,包括激光散斑的原理和测试过程中的各种光学现象,并对试验过程中所采用的各种设备和仪器进行了说明,标明了相关参数。另外在进行大量试验的基础上,进行了数据图像采集,同时对误差的产生原因和影响程度进行了理论分析,并对支持系统硬件运行的相关平台软件和试验过程中自行开发的数据采集应用程序进行了集中阐述。 为了让本系统能够满足实时测量和远程监控的需求,作者在开发本系统时充分考虑了网络发布、远程管理等问题,在保证数据安全和测量结果实时可靠的基础上,实现了系统的网络化,完成了系统的网络构架和基本数据图像展现与实时控制功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 激光散斑介绍
• 1.1 激光散斑（speckle）相关定义
• 1.2 激光散斑的应用
• 1.3 传统散斑照相与数字散斑照相的比较
• 1.4 相关函数的概念和散斑光强的相关函数
• 2 国内外情况简介
• 3 试验理论及理论推导
• 3.1 散斑的形成
• 3.2 非接触散斑干涉法测量高温物体应变的研究
• 3.3 激光散斑相关性和位移的关系研究
• 3.4 漫射表面转动对像面散斑图样的影响
• 3.5 数字剪切散斑用于物体的三维面形测量
• 3.6 数字散斑相关测量方法的研究与改进
• 3.7 理论推导
• 3.8 利用散斑统计学测量Δt
• 4 噪声信号的过滤
• 4.1 对测量轴及光带的要求
• 4.2 激光发射信号的要求
• 4.3 光学传感器的要求
• 4.4 信号处理及设备的要求
• 5 试验设备介绍
• 5.1 DAQPad-6070E信号采集转换器
• 5.2 He-Ne激光器
• 5.3 直流电动机
• 5.4 直流发电机
• 5.5 功率消耗设备
• 5.6 虚拟仪器体系
• 5.7 LabVIEW开发平台简介
• 5.8 IEEE 1394端口
• 6 数据采集过程
• 6.1 初步采集
• 6.2 数据采集及处理
• 7 波形图像采集结果示例
• 7.1 有信号干扰情况下输出的初始波形：
• 7.2 无干扰信号情况下输出的初始波形：
• 7.3 低转速条件下的波形输出波形：
• 7.4 高转速情况下波形输出波形：
• 8 振动影响分析
• 9 测量系统的网络应用
• 9.1 现代网络测量系统的构成
• 9.1.1 计算机
• 9.1.2 网络连接
• 9.2 远程测试系统的分类
• 9.3 远程测控实现技术
• 9.3.1 基于C／S模式的DataSocket技术
• 9.3.2 基于B／S模式的远程面板技术
• 9.4 基于C／S和B／S开发模式的比较
• 9.5 测量系统网络发布
• 10 技术展望
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书