[发明专利]双等强度悬臂梁光纤光栅振动传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅传感器技术领域，具体涉及一种用于测定物体振动幅度和频率的光纤光栅振动传感器。

背景技术

光纤光栅传感器是利用如应力、应变、温度等外界物理量的变化引起光纤有效折射率或光栅周期等参数的变化，从而导致光栅反射中心波长的变化，通过检测光栅反射中心波长的变化来获得外界物理量的变化。与传统的电类振动传感器相比，电类振动传感器输出的是弱电信号，容易受电磁干扰，不适宜在大型机电设备等强电磁场环境中工作，而且不能进行远距离传输，一般需要就近将弱模拟信号转换为数字信号，增加了传感器使用的成本，使用也不方便。光纤光栅振动传感器是波长调制型传感器，不但具有灵敏度高、动态范围宽、不受电磁干扰、抗腐蚀、传输损耗小、可靠性高、体积小、重量轻等特点，而且具有传感信号不受光源起伏、光路损耗等因素的影响，抗干扰能力强、传感探头结构简单、易于使用波分复用技术而形成分布式测量等特点。因此，光纤光栅在振动传感领域的应用引起了人们的广泛关注和极大兴趣，具有重要的学术研究价值和市场应用前景。

专利号为200510019733.0、发明名称为《可调谐匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器》的中国发明，公开了串接在一起的两个光纤光栅，刚性地粘贴于主梁和辅梁上，主梁上粘贴的光纤光栅为解调光栅，辅梁上粘贴的光纤光栅为传感光栅，两个梁采用相同的材料制成，具有相同的热膨胀系数，解调光栅和传感光栅中心波长随温度同步漂移，因而具有自动温度补偿功能，通过匹配滤波解调的方式，检测光通过两个光纤光栅后反射光的光强变化，从而监测被测物体的振动频率、振动幅度等参数。这种光纤光栅传感器由于振动只引起一个光栅的中心波长发生漂移，灵敏度较低；而且其结构为圆柱形，一旦封装好后，不易从外观上确定主梁的方向，容易造成主梁的振动与实际物体的振动方向不一致；此外，该专利未对梁的结构及光纤光栅粘贴的位置进行说明，这些因素容易引起光栅啁啾而导致传感器无法正常使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述振动传感器的缺点，提供一种稳定性和灵敏度高的光纤光栅振动传感器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在壳体的内左侧设置有悬臂梁底座，片状的上悬臂梁和下悬臂梁相互平行，上悬臂梁固定端与悬臂梁底座的上表面连为一体、自由端设置在质量块的上表面，下悬臂梁的固定端与悬臂梁底座下表面连为一体、自由端设置在质量块的下表面上，在质量块上与上悬臂梁和下悬臂梁平面相平行的表面上各设置有一垂直于该表面的悬臂梁限位柱，壳体的开口端设置有外侧装有传感器接头的密封盖，密封盖上设置有穿过其中心和传感器接头中心的光纤保护套管。本发明的上悬臂梁和下悬臂梁的自由端宽度至少为2mm，固定端宽度与自由端的宽度比至少为5，在上悬臂梁上表面设置有上传感光纤光栅、下悬臂梁下表面设置有下传感光纤光栅，上传感光纤光栅和下传感光纤光栅串接后的输出端从光纤保护套管穿出。

本发明的上传感光纤光栅和下传感光纤光栅为掺锗光纤光栅，上传感光纤光栅和下传感光纤光栅的波长为1525～1620nm。

本发明的上传感光纤光栅与下传感光纤光栅的波长相同。

本发明的壳体为长方体结构，上悬臂梁和下悬臂梁与壳体的上下表面相平行。

本发明的上悬臂梁和下悬臂梁的厚度为0.5～1mm。

本发明应用光纤光栅的应变传感原理及光纤光栅的增敏技术，将两个裸光栅串接后封装在两片等强度的悬臂梁外表面上，当被测物体发生振动时，引起传感器内质量块的振动，在质量块的惯性力作用下，与质量块联接的两个悬臂梁的表面产生拉伸和压缩，使得粘贴于其上的两个传感光栅产生应变，与普通振动传感器相比，传感器的灵敏度有了很大提高；而且将双光栅封装在同一传感器内，两个光栅将处于同一温度环境下，解决了光纤光栅振动传感器的温度漂移问题，同时，在质量块的与振动方向相垂直的两表面上安装了位移限位装置，可以有效保护光栅，避免由于使用不当或偶然操作失误而造成的光纤光栅传感器的断裂损坏，大大提高了光纤光栅传感器的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1中悬臂梁与质量块的联接结构示意图。

图3是图2的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和各实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1