基于光纤光栅传感的磁力轴承磁场分布式在线监测

磁力轴承利用电磁力将被支承件稳定悬浮在空间，消除了支承件与被支承件之间的机械接触。磁场是磁力轴承实现磁悬浮的物理介质，其分布规律和特征从本质上决定了磁力轴承的整体性能，然而由于常规磁场传感技术的局限性，以往的研究仅对磁力轴承磁场进行了理论分析和单点静态测量，难以获得磁场全面真实的分布和变化规律，导致磁力轴承的机械结构和控制系统设计存在模型失真甚至失效问题，制约了磁力轴承整体性能的进一步提高。本项目提出将基于磁光效应的光纤光栅传感技术应用于磁力轴承磁场测量，针对磁力轴承磁场空间和时变非线性特征，建立磁场三维动态模型，针对磁力轴承磁场测量要求建立光栅传感机制，设计磁场光栅传感器，提出传感布点优化策略，开发针对磁光效应解调的传感复用技术，构建磁力轴承磁场分布式传感网络，开发在线测量数据与理论模型的信息融合技术，提出多点在线测量数据的拟合算法，突破磁力轴承磁场分布式在线测量问题。

磁力轴承利用电磁力将被支承件稳定悬浮在空间，消除了支承件与被支承件之间的机械接触。磁场是磁力轴承实现磁悬浮的物理介质，其分布规律和特征从本质上决定了磁力轴承的整体性能。本项目针对磁力轴承典型工作状态，包括启动、稳定悬浮、匀速/加速/减速旋转、失稳等，提取磁场的空间和时变特征，建立磁力轴承在典型工况下的磁场空间和动态分布模型并求解；建立了基于光纤光栅的磁力轴承磁场传感机制，设计了薄片型超磁致伸缩-光纤光栅磁场传感器并进行了性能参数测试和标定；构建了磁力轴承磁场测量平台，在静态、旋转和动态三种典型工况下实现了气隙磁通密度的在线测量，结果表明：静态磁场测量中，两个传感器的测量范围为0.235T-0.403T，灵敏度分别为1144.512pm/T和 951.162pm/T，满足磁力轴承磁场测量要求；基于从静态磁场测量获取的传感器性能参数，旋转磁场和动态磁场测量值与理论分析基本一致，其误差分别不超过15%和6%，表明基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器可稳定用于磁力轴承磁场的在线多点测量，且具有一定的测量准确度，突破了磁力轴承分布式在线测量问题。