Abstract Fiber Bragg gratings (FBGs), with smaller size, are suitable to measure the tooth root strain of ring gear which is an ideal signal for fault diagnosis of planetary gearboxes. In order to identify the fault features in the strain signal, a high-speed and high-resolution FBG interrogator is needed. Compared with wavelength-scanning interrogation approach, the edge-filter approach can achieve such a performance more easily and economically. However, conventional edge-filter approaches based on fixed edge filters have low applicability. The adoption of a tunable Fabry-Perot filter (TFP) increases the flexibility of the edge-filter system, but the creep characteristics of the piezoelectric actuator in TFP may cause interrogation errors. This paper proposes an improved TFP-based edge-filter FBG interrogation approach with creep control ability. First, the interrogation principle of the proposed approach is analyzed by comparing with the conventional edge-filter approaches. The creep control method is presented by employing a feedback channel and two kinds of TFP driving voltage. Next, a FBG interrogator based on the proposed approach is established. The creep control performance, static interrogation performance and dynamic interrogation performance are all tested. The results show that the interrogator has the wavelength repeatability of ~ 0.1 pm at 1 kHz and ~ 0.2 pm at 5 kHz respectively. Finally, the proposed edge-filter approach is applied to measure the tooth root strain of ring gear in a planetary gearbox. The measured strain signal has a high quality, and the tooth fault feature can be identified obviously.

中文翻译：

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基于可调法布里-珀罗滤波器的边缘滤波器FBG询问方法用于行星齿轮箱应变测量

摘要 光纤布拉格光栅(FBG)尺寸较小，适合测量齿圈齿根应变，是行星齿轮箱故障诊断的理想信号。为了识别应变信号中的故障特征，需要高速、高分辨率的FBG询问器。与波长扫描询问方法相比，边缘滤波器方法可以更容易、更经济地实现这种性能。然而，基于固定边缘滤波器的传统边缘滤波器方法的适用性较低。采用可调法布里-珀罗滤波器 (TFP) 增加了边缘滤波器系统的灵活性，但 TFP 中压电致动器的蠕变特性可能会导致询问错误。本文提出了一种改进的基于 TFP 的边缘滤波器 FBG 询问方法，具有蠕变控制能力。首先，通过与传统的边缘滤波器方法进行比较，分析了所提出方法的询问原理。采用反馈通道和两种TFP驱动电压提出蠕变控制方法。接下来，建立基于所提出方法的 FBG 询问器。蠕变控制性能、静态询问性能和动态询问性能均经过测试。结果表明，询问器的波长重复性分别为 1 kHz 时 ~ 0.1 pm 和 5 kHz 时~ 0.2 pm。最后，将所提出的边缘滤波器方法应用于测量行星齿轮箱中齿圈的齿根应变。测得的应变信号质量高，可以明显识别出牙齿故障特征。通过与传统边缘滤波方法的比较，分析了所提出方法的询问原理。采用反馈通道和两种TFP驱动电压提出蠕变控制方法。接下来，建立基于所提出方法的 FBG 询问器。对蠕变控制性能、静态询问性能和动态询问性能进行了测试。结果表明，询问器的波长重复性分别为 1 kHz 时 ~ 0.1 pm 和 5 kHz 时~ 0.2 pm。最后，将所提出的边缘滤波器方法应用于测量行星齿轮箱中齿圈的齿根应变。测得的应变信号质量高，可以明显识别出牙齿故障特征。通过与传统边缘滤波方法的比较，分析了所提出方法的询问原理。采用反馈通道和两种TFP驱动电压提出蠕变控制方法。接下来，建立基于所提出方法的 FBG 询问器。蠕变控制性能、静态询问性能和动态询问性能均经过测试。结果表明，询问器的波长重复性分别为 1 kHz 时 ~ 0.1 pm 和 5 kHz 时~ 0.2 pm。最后，将所提出的边缘滤波器方法应用于测量行星齿轮箱中齿圈的齿根应变。测得的应变信号质量高，可以明显识别出牙齿故障特征。采用反馈通道和两种TFP驱动电压提出蠕变控制方法。接下来，建立基于所提出方法的 FBG 询问器。对蠕变控制性能、静态询问性能和动态询问性能进行了测试。结果表明，询问器的波长重复性分别为 1 kHz 时 ~ 0.1 pm 和 5 kHz 时~ 0.2 pm。最后，将所提出的边缘滤波器方法应用于测量行星齿轮箱中齿圈的齿根应变。测得的应变信号质量高，可以明显识别出牙齿故障特征。采用反馈通道和两种TFP驱动电压提出蠕变控制方法。接下来，建立基于所提出方法的 FBG 询问器。对蠕变控制性能、静态询问性能和动态询问性能进行了测试。结果表明，询问器的波长重复性分别为 1 kHz 时 ~ 0.1 pm 和 5 kHz 时~ 0.2 pm。最后，将所提出的边缘滤波器方法应用于测量行星齿轮箱中齿圈的齿根应变。测得的应变信号质量高，可以明显识别出牙齿故障特征。静态审讯性能和动态审讯性能均经过测试。结果表明，询问器的波长重复性分别为 1 kHz 时 ~ 0.1 pm 和 5 kHz 时~ 0.2 pm。最后，将所提出的边缘滤波器方法应用于测量行星齿轮箱中齿圈的齿根应变。测得的应变信号质量高，可以明显识别出牙齿故障特征。静态审讯性能和动态审讯性能均经过测试。结果表明，询问器的波长重复性分别为 1 kHz 时 ~ 0.1 pm 和 5 kHz 时~ 0.2 pm。最后，将所提出的边缘滤波器方法应用于测量行星齿轮箱中齿圈的齿根应变。测得的应变信号质量高，可以明显识别出牙齿故障特征。