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一種用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器的制造方法

時間:2023-07-23    作者: 管理員

一種用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,包括:外殼、第一光纖光柵、第二光纖光柵、傳輸光纖、質(zhì)量塊、L型懸臂梁、彈簧片、支撐緊固件;所述第一光纖光柵和第二光纖光柵串聯(lián),并分別通過L型懸臂梁的一端與外殼連接,L型懸臂梁的另一端與質(zhì)量塊連接,L型懸臂梁通過彈簧片固定在外殼上。本發(fā)明的具有溫度自補償?shù)挠糜谝后w介質(zhì)的雙光纖光柵振動加速度傳感器,不僅可自動消除外界溫度等環(huán)境因素變化的影響,還可提高光纖光柵加速度傳感器用于振動測量的檢測靈敏度和工作頻帶。
【專利說明】一種用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域,具體涉及一種具有溫度自補償?shù)碾p光纖光柵振動加速度傳感器,鍍金密封及防水設(shè)計,適用于液體介質(zhì)中高頻振動測量。
【背景技術(shù)】
[0002]對重大工程設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測、及時識別設(shè)備的故障類型并評估其使用性能和壽命,對可能出現(xiàn)的災(zāi)害性故障提前預(yù)警,據(jù)此建立相應(yīng)的安全預(yù)警機制,不僅可以提高設(shè)備運行的安全可靠性,還可以降低設(shè)備的運維成本。振動是設(shè)備運行狀態(tài)的重要表征參數(shù),振動測量通常包括振動的位移、速度、加速度等動態(tài)參數(shù),加速度反映了物體振動的本質(zhì)特征,從加速度信號中可以提取相關(guān)的信息諸如頻率、位移等可用于評估設(shè)備的運行狀態(tài),因此,振動監(jiān)測在工程領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]針對一些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域,如航空航天、石油化工、橋梁大壩、電力系統(tǒng)等設(shè)備的安全監(jiān)測,傳統(tǒng)的振動監(jiān)測方法以電氣式測量法最為成熟,但其適用范圍有限,布線不便且易受電磁環(huán)境干擾,尤其不能應(yīng)用于液體介質(zhì)中振動的測量。
[0004]光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、高靈敏度、大動態(tài)范圍、尺寸小、易埋入、利用復(fù)用技術(shù)易實現(xiàn)單纖多點、組網(wǎng)測量等優(yōu)點,為設(shè)備振動監(jiān)測,尤其是液體介質(zhì)中振動測量提供了新的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:為解決液體介質(zhì)環(huán)境振動測量問題,而提供一種具有溫度自補償?shù)挠糜谝后w介質(zhì)的雙光纖光柵振動加速度傳感器。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,包括:外殼、第一光纖光柵、第二光纖光柵、傳輸光纖、質(zhì)量塊、L型懸臂梁、彈簧片、支撐緊固件;所述第一光纖光柵和第二光纖光柵串聯(lián),并分別通過L型懸臂梁的一端與外殼連接,L型懸臂梁的另一端與質(zhì)量塊連接,L型懸臂梁通過彈簧片固定在外殼上。
[0007]如上所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述第一光纖光柵和第二光纖光柵連接在外殼和L型懸臂梁之間并施以預(yù)應(yīng)力。由此帶來的技術(shù)效果是:使光纖光柵在其軸線上始終受均勻應(yīng)力的作用,避免其反射峰的展寬,以獲得較大的測量范圍。
[0008]如上所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述L型懸臂梁端面為矩形結(jié)構(gòu),其寬度遠(yuǎn)大于厚度。由此帶來的技術(shù)效果是:具有較大的抗彎剛度,以減小橫軸串?dāng)_。
[0009]如上所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述彈簧片可提供一定的過載保護。由此帶來的技術(shù)效果是:避免傳感器因外界激勵過大超量程而致使器件損壞,同時可消除傳感器的橫軸串?dāng)_問題。
[0010]如上所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述雙光纖光柵振動傳感器采用兩支光纖光柵串連,組成雙光柵結(jié)構(gòu),測量一個維度上的振動。由此帶來的技術(shù)效果是:該結(jié)構(gòu)不僅可實現(xiàn)溫度的自動補償,而且還可以獲得比單光柵更高的靈敏度和工作頻段。
[0011]如上所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述三組雙光纖光柵振動傳感器組合成三軸結(jié)構(gòu),可實現(xiàn)三維振動加速度的測量。
[0012]如上所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述雙光纖光柵振動傳感器采用金屬外殼封裝并鍍金處理,實現(xiàn)防水及密封。由此帶來的技術(shù)效果是:避免液體介質(zhì)阻尼對雙光纖光柵振動傳感器傳感性能的影響。
[0013]如上所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述多支光纖光柵傳感器利用波分/空分混合復(fù)用技術(shù)組成光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)。由此帶來的技術(shù)效果是:可最大限度利用解調(diào)系統(tǒng)每通道的承載能力,節(jié)約布線安裝成本以及系統(tǒng)成本。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:具有溫度自補償?shù)挠糜谝后w介質(zhì)的雙光纖光柵振動加速度傳感器,不僅自動消除了外界溫度等環(huán)境因素變化的影響,還提高了光纖光柵加速度傳感器用于振動測量的檢測靈敏度和工作頻帶;鍍金密封及防水設(shè)計,適用于液體介質(zhì)中高頻振動測量;光纖光柵的波分/空分混合復(fù)用,為三維振動加速度測量及組網(wǎng)測量打下了基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例的雙光纖光柵振動傳感器結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了更好地理解本發(fā)明,下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容,但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改,這些等價形式同樣在本申請所列權(quán)利要求書限定范圍之內(nèi)。
[0017]附圖中符號說明:1_外殼、2-第一光纖光柵、3-第二光纖光柵、4-傳輸光纖、5-質(zhì)量塊、6-L型懸臂梁、7-彈簧片、8-支撐緊固件。
[0018]如圖1所不,本發(fā)明所米用的技術(shù)方案是:一種用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,包括:外殼1、第一光纖光柵2、第二光纖光柵3、傳輸光纖4、質(zhì)量塊5、L型懸臂梁
6、彈簧片7、支撐緊固件8等;所述第一光纖光柵2和第二光纖光柵3串聯(lián),并分別通過L型懸臂梁6的一端與外殼I連接,L型懸臂梁6的另一端與質(zhì)量塊5連接,L型懸臂梁6通過彈黃片7固定在外殼I上。
[0019]所述第一光纖光柵和第二光纖光柵連接在外殼和L型懸臂梁之間并施以預(yù)應(yīng)力,使光纖光柵在其軸線上始終受均勻應(yīng)力的作用,避免其反射峰的展寬,以獲得較大的測量范圍。
[0020]所述L型懸臂梁端面為矩形結(jié)構(gòu),其寬度遠(yuǎn)大于厚度,具有較大的抗彎剛度,以減小橫軸串?dāng)_。
[0021]所述彈簧片可提供一定的過載保護,避免傳感器因外界激勵過大超量程而致使器件損壞,同時可消除傳感器的橫軸串?dāng)_問題。
[0022]所述雙光纖光柵振動傳感器采用兩支光纖光柵串連,組成雙光柵結(jié)構(gòu),測量一個維度上的振動,該結(jié)構(gòu)不僅可實現(xiàn)溫度的自動補償,而且還可以獲得比單光柵更高的靈敏度和工作頻段。
[0023]所述三組雙光纖光柵振動傳感器組合成三軸結(jié)構(gòu),可實現(xiàn)三維振動加速度的測量。
[0024]所述雙光纖光柵振動傳感器采用金屬外殼封裝并鍍金處理,實現(xiàn)防水及密封,避免液體介質(zhì)阻尼對雙光纖光柵振動傳感器傳感性能的影響。
[0025]所述多支光纖光柵傳感器利用波分/空分混合復(fù)用技術(shù)組成光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò),可最大限度利用解調(diào)系統(tǒng)每通道的承載能力,節(jié)約布線安裝成本以及系統(tǒng)成本。
[0026]本發(fā)明的技術(shù)原理是:光纖光柵加速度傳感器由質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)構(gòu)成,進(jìn)行振動測量時,將傳感器外殼I固定在待測物體上,外界振動使得傳感器外殼I和慣性質(zhì)量塊5之間發(fā)生相對運動,通過L型懸臂梁6作用在第一光纖光柵2和第二光纖光柵3上,使光纖光柵在其軸向受到應(yīng)力的作用而產(chǎn)生拉伸或壓縮,第一光纖光柵2和第二光纖光柵3在拉伸和壓縮中交替轉(zhuǎn)換,其光纖光柵中心波長隨之發(fā)生漂移。通過檢測光纖光柵中心波長漂移量的大小和變化頻率即可實現(xiàn)對振動加速度的測量。 [0027]上述雙光纖光柵加速度傳感器,其特征在于,第一光纖光柵2和第二光纖光柵3為全同的光柵且沿L型懸臂梁6的上端完全對稱布置,即中心波長
、溫度系數(shù)&和應(yīng)變系數(shù)&均相同,則當(dāng)質(zhì)量塊5向下振動時,第一光纖光柵2被拉伸,第二光纖光柵3被壓縮,其波長變化量分別為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,包括:外殼、第一光纖光柵、第二光纖光柵、傳輸光纖、質(zhì)量塊、L型懸臂梁、彈簧片、支撐緊固件;所述第一光纖光柵和第二光纖光柵串聯(lián),并分別通過L型懸臂梁的一端與外殼連接,L型懸臂梁的另一端與質(zhì)量塊連接,L型懸臂梁通過彈簧片固定在外殼上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述第一光纖光柵和第二光纖光柵連接在外殼和L型懸臂梁之間并施以預(yù)應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述L型懸臂梁端面為矩形結(jié)構(gòu),其寬度遠(yuǎn)大于厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述雙光纖光柵振動傳感器采用兩支光纖光柵串連,組成雙光柵結(jié)構(gòu),測量一個維度上的振動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述三組雙光纖光柵振動傳感器組合成三軸結(jié)構(gòu),可實現(xiàn)三維振動加速度的測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述雙光纖光柵振動傳感器采用金屬外殼封裝并鍍金處理,實現(xiàn)防水及密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于液體介質(zhì)的雙光纖光柵振動傳感器,其特征在于,所述多支光纖光柵傳感器利用波分/空分混合復(fù)用技術(shù)組成光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號】G01H9/00GK103743463SQ201310749018
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】來文青, 聶德鑫, 陸旭, 鄧建鋼, 劉海波, 周建華, 皮本熙, 劉詣, 楊永輝, 張連星, 宋友, 張海龍, 詹浩, 吳義華, 盧文華 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司

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