谈述基于光纤Bragg光栅传感机床主轴温度测量

摘要：现代精加工中,热误差以占总误差40%-70%的影响比例成为限制数控机床精加工精度的重要因素。由此,制约机床热误差对于提升机床加工精度至关重要。目前,误差补偿法是减小热误差最主要的策略,而进行热误差补偿,首先必须检测得到机床温度场,但是传统的测温系统有着诸多不足。相比而言,光纤Bragg光栅温度传感器不仅安全可靠、抗电磁干扰、耐腐蚀、而且体积小、结构简单,测温时具备输出线性,还可实现准分布式式测量,以而成为机床测温的另一选择。裸光纤光栅一般无法直接运用于工程实际当中,对光纤Bragg光栅进行封装设计是其走出实验室探讨,走向实用化的关键。纵观光纤光栅测温运用的探讨可以发现,虽然光纤Bragg光栅运用到各种测试环境中的封装探讨很多,但将光纤Bragg光栅运用于物体表面温度测量的封装探讨却很少有人开展。基于此,本论文通过论述浅析与实验探讨,改善了一种封装设计,将光纤Bragg光栅传感技术运用到机床主轴表面的温度测量上来,并通过与另一套参考测温系统进行测温比较,探讨了改良后的封装结构实际测温效果。本论文首先介绍了当前对机床温度场实际测量探讨的情况,以及将光纤Bragg光栅作为温度传感器的探讨近况,继而确定了将光纤Bragg光栅运用于机床主轴部件温度测量的思路；然后,对光纤光栅传感的基本原理进行了阐述,介绍了光纤Bragg光栅的应变、温度传感模型及交叉敏感不足,着重浅析了光纤Bragg光栅温度传感封装探讨的作用、要求及主要策略；同时,探讨了裸光纤光栅的测温静态特性,借鉴并改善了一种盒式封装结构光纤Bragg光栅温度传感器,以实验及仿真的策略探讨了它的测温性能；接着,针对机床主轴设计并搭建了两套测温系统,热电阻测温系统及光纤光栅测温系统,以热电阻测温系统作为参照,分别以裸光纤光栅及盒式封装后的光纤光栅进行机床主轴温度测量比较探讨,发现盒式封装后的光纤Bragg光栅温度传感器具有良好的测温性能,实现了光纤Bragg光栅运用于对象表面温度测量的目的；最后对论文的探讨成果及有着的不足进行了总结,并对未来探讨工作进行了展望。关键词：光纤Bragg光栅论文封装论文机床主轴论文温度测量论文

摘要4-5

Abstract5-7

目录7-9

第1章 绪论9-20

1.1 探讨背景及作用9-10

1.2 机床温度场分布探讨10-15

1.3 光纤Bragg光栅温度传感器的进展与运用15-18

1.4 论文主要探讨内容18-20

第2章 光纤光栅传感原理20-30

2.1 光纤Bragg光栅传感基本原理20-21

2.2 光纤Bragg光栅传感模型21-26

2.2.1 光纤Bragg光栅的应变传感模型21-23

2.2.2 光纤Bragg光栅的温度传感模型23-25

2.2.3 光纤Bragg光栅的交叉敏感不足25-26

2.3 光纤Bragg光栅温度传感器的封装探讨26-29

2.3.1 光纤Bragg光栅温度传感器的封装作用26-27

2.3.2 光纤Bragg光栅温度传感器的封装设计要求27

2.3.3 光纤Bragg光栅温度传感器的主要封装策略27-29

2.4 本章小结29-30

第3章 光纤Bragg光栅温度传感器的性能探讨30-45

3.1 裸光纤光栅的静态特性浅析30-33

3.2 不锈钢板热变形对光纤Bragg光栅测温影响实验探讨33-36

3.3 盒式封装光纤Bragg光栅温度传感器的性能实验探讨36-41

3.3.1 封装设计37-39

3.3.2 盒式封装光纤Bragg光栅温度传感器的静态特性浅析39-41

3.4 盒式封装光纤Bragg光栅传感器测温性能仿真浅析41-44

3.5 本章小结44-45

第4章 机床主轴温度检测系统的设计及实验浅析45-62

4.1 传统温度检测系统的设计45-53

4.1.1 传统温度检测系统结构及原理45-46

4.1.2 传统温度检测系统硬件组成46-50

4.1.3 温度检测系统软件设计50-53

4.2 基于光纤Bragg光栅传感的机床温度测量系统53-54

4.3 实验比较浅析54-61

4.3.1 裸光纤光栅测温与热电阻测温实验比较54-57

4.3.2 盒式封装光纤Bragg光栅温度传感器与热电阻测温实验比较57-61

4.4 本章小结61-62

第5章 总结与展望62-64

5.1 总结62-63

5.2 展望63-64

致谢64-65