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基于FBG的磁力轴承气隙磁通密度动态测量及分析
摘要：
磁力轴承作为一种新型的轴承技术，被广泛应用于高速转子中的支撑与定位。如何准确地测量磁力轴承中的磁通密度是关键的技术难点之一。本文提出了一种基于光纤光栅（FBG）的磁力轴承气隙磁通密度动态测量及分析方法，通过实验验证，该方法能够实现磁通密度的准确测量，并且在磁力轴承设计与优化方面具有重要的参考价值。
关键词：磁力轴承，光纤光栅，磁通密度，气隙
1.引言
磁力轴承是一种无接触式轴承技术，在高速转子的支撑与定位中有广泛的应用，其具有不易损坏、无油污染、无需维护等优点，因此受到越来越多的关注和重视。然而，磁力轴承中磁通密度的测量一直是一个难点。
传统的磁通密度测量方法主要基于磁感线的测量，但这种方法存在一些缺陷，如易受到外界磁场的干扰等。因此，近年来，基于光纤传感技术的磁通密度测量方法备受关注。光纤传感技术具有无电磁干扰、高灵敏度、实时性好等优点，因此被广泛应用于磁通密度测量领域。
本文提出了一种基于FBG的磁力轴承气隙磁通密度动态测量及分析方法，在气隙内布置光纤光栅（FBG），通过光纤光栅测量气隙内的磁通密度变化，从而实现磁通密度的准确测量和分析。本文在实验室中开展了一系列试验，证明了该方法的可行性和有效性，具有很高的应用价值。
2.磁力轴承气隙磁通密度动态测量及分析方法
2.1磁力轴承气隙磁通密度分析
磁力轴承主要通过磁场产生力来支撑高速转子，其磁场的分布情况直接关系到轴承的支撑性能。在气隙内，磁通密度的大小和分布情况是磁场特性的重要参数。
图1是一个磁力轴承的气隙模型。在气隙内，磁铁的磁通线分布情况如图2所示。可知，在气隙边缘处，磁通密度越大，轴承的支撑性能也越强。
图1磁力轴承气隙模型
图2磁铁磁通密度分布图
因此，准确测量气隙内的磁通密度对于磁力轴承的设计和优化具有重要的意义。
2.2基于FBG的磁力轴承气隙磁通密度动态测量方法
本文提出了一种基于FBG的磁力轴承气隙磁通密度动态测量方法。如图3所示，将光纤光栅（FBG）安装在磁力轴承的气隙内，通过测量FBG的反射光谱，可以得到气隙内磁通密度的变化情况。
图3基于FBG的磁力轴承气隙磁通密度动态测量方法
在气隙内，磁通密度的变化会导致FBG的光谱发生位移，通过测量位移大小，可以计算出磁通密度的变化量，从而得到气隙内磁通密度的变化情况。此外，还可以通过随时间采集的FBG反射光谱数据进行频谱分析，得到磁通密度的频率响应函数，进一步分析磁力轴承的动态响应特性。
2.3实验验证
为了验证该方法的可靠性和有效性，在实验室中进行了一系列试验。
实验采用了常用的磁力轴承气隙模型，将FBG安装在气隙内，记录气隙中心处磁通密度的变化情况。实验结果如图4所示。
图4实验结果
从图4中可以看出，随着气隙中心处磁通密度的变化，FBG反射光谱出现了相应的位移，随着磁通密度越来越大，位移也逐渐增大。由此可以看出，FBG可以准确地反映气隙内磁通密度的变化情况。
3.结论
本文提出了一种基于FBG的磁力轴承气隙磁通密度动态测量及分析方法，在磁力轴承的气隙内安装光纤光栅，通过光纤光栅测量气隙内的磁通密度变化，从而准确测量和分析磁力轴承中的磁通密度，该方法具有实时性好、精度高等优点。实验验证了该方法的可行性和有效性，有助于磁力轴承的设计和优化。