内燃机动态应变和缸内压力的光纤光栅传感技术探索

论文摘要

内燃机的运行控制依赖于对内燃机运行状态的精确监控,目前广泛使用的都是电传感器。作为传感单元,光纤光栅的主要优势是检测信息为波长编码的绝对测量;另外,插入损耗低和窄带的波长反射提供了有利于在一根单模光纤上的复用,可实现光纤网络中的星型、串联、并联和环形连接。本文对光纤光栅传感技术在内燃机上的应用进行了探索性的工作,以期实现内燃机测试技术的创新。光纤光栅可以测量多种物理量:温度、位移、振动加速度、压力、电流、磁场、水声、液位、碳氢气体以及扭矩,几乎可以替代内燃机上所有的传统电传感器。本文主要对内燃机动态应变传感和缸内压力传感两个方面开展探索。在内燃机动态应变测试方面以CG125型四冲程单缸汽油机为平台,一方面借助有限元软件对发动机的缸体应变进行仿真分析;另一方面使用应变片动态应变传感系统和光纤光栅动态应变传感系统进行参照性对比试验,实验结果比较一致。另外,以YN-D19型柴油机为平台测试了光纤光栅动态应变传感系统,验证了光纤光栅动态应变传感系统应用于大功率柴油机的可行性。在内燃机缸内压力测试方面以CG125为研究对象,自行设计封装光纤光栅压力传感器,并在CG125发动机上使用电机倒拖的方法对光纤光栅压力传感器进行了测试,光纤光栅压力传感器的测量结果与理论分析比较一致。由于内燃机为高温、高压的热力机械,各参数为动态参数,而现有的光纤光栅传感系统主要是在静态、常温下得到应用。因此本项研究为光纤光栅传感技术在内燃机上的应用做了先期的探索。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.3 引言
• 1.4 光纤光栅传感技术特点
• 1.5 光纤光栅传感技术国内外研究现状
• 1.5.1 光纤光栅传感技术的发展
• 1.5.2 光纤光栅传感技术国外研究现状
• 1.5.3 光纤光栅传感技术国内研究现状
• 1.6 本文研究的内容及意义
• 第二章 光纤光栅传感技术
• 2.3 光纤及光纤光栅
• 2.3.1 光纤
• 2.3.2 光纤光栅
• 2.3.3 光纤光栅传感原理
• 2.3.4 光纤光栅在传感领域的应用
• 2.4 光纤光栅封装工艺
• 2.4.1 光纤光栅表面封装工艺
• 2.4.2 光纤光栅毛细金属管封装工艺
• 2.5 光纤光栅信号解调
• 2.6 本章小结
• 第三章 内燃机动态应变传感探索
• 3.3 内燃机动态应变研究
• 3.4 缸体应变有限元分析
• 3.5 动态应变测量方法及过程研究
• 3.5.1 应变片动态应变测量系统
• 3.5.2 光纤光栅动态应变测量方法研究
• 3.5.3 实验测试
• 3.6 实验结果分析
• 3.6.1 应变片动态应变传感系统结果分析
• 3.6.2 光纤光栅动态应变传感系统结果分析
• 3.6.3 应变片与光纤光栅动态应变测量结果对比
• 3.6.4 光纤光栅对齿轮室盖动态应变测试结果分析
• 3.7 实验误差及来源分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 内燃机缸内压力传感研究
• 4.3 内燃机缸内压力检测
• 4.4 光纤光栅压力增敏机构研究
• 4.5 光纤光栅缸内压力传感器
• 4.5.1 光纤光栅缸内压力传感器设计
• 4.5.2 光纤光栅压力传感器封装
• 4.6 缸内压力测试
• 4.7 实验结果分析
• 4.8 实验误差及来源分析
• 4.9 本章小结
• 第五章 FBG传感技术在内燃机上应用存在的不足
• 5.1 光纤光栅传感器存在的问题及改进方案
• 5.2 光纤光栅解调仪存在的问题及改进方案
• 5.3 光纤光栅解调软件存在的问题及改进方案
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文工作总结与工作展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢