[实用新型]三分量光纤光栅振动传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种三分量光纤光栅振动传感器，具体涉及一种能够同时测量X、Y、Z三个方向振动信号的高精度光纤光栅振动传感器。

背景技术

振动是自然界普遍存在的现象，在结构工程、机械设备、航空和采矿等领域都需要对振动信号进行检测。目前，通常采用电类振动传感器，但他们易受外界因素的影响，尤其是被测对象处在强电磁干扰、高温潮湿、高电压大电流、大噪声等一些恶劣环境下，传统的振动传感器难以有效测量，甚至无法工作。

光纤布拉格光栅是20世纪90年代以来国际上新兴的一种基础性光纤器件，用于传感领域具有耐久性好、抗电磁干扰、体积小、准分布测量、抗潮湿、与强度信息无关等许多优点，可广泛应用于环境恶劣的场合。目前，光纤光栅振动传感器大多为单方向传感器，且大多将光纤光栅黏贴在一机械结构上，靠机械结构的振动来带动光纤光栅发生形变，但传感器的固有频率取决与机械结构的固有频率，因此目前的光纤光栅传感器测量频率较低，且光谱信号易失真。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种灵敏度高、频率范围宽、且能有效抑制横向效应的三分量光纤光栅振动传感器。

本实用新型的技术方案是：一种三分量光纤光栅振动传感器，它包括壳体，信号传输光纤，保护套管，光纤光栅，振子，其特征在于：传感器由三个相同的振动传感器，互相垂直的固定在传感器基座上，所述传感器外壳由两部分组成，主体为一盒体结构，该盒体有一面开口，另一部分为盖在盒体开口上的滑盖，外壳的顶端有一圆孔，传输光纤与套管由此穿出，外壳内有一不锈钢筒，不锈钢筒内放置涂覆弹性材料的光纤光栅，光纤光栅下端通过第一弹簧与振子相连，振子置于振子卡座内，振子下端通过第二弹簧与传感器外壳的底端相连。

优选的，所述X方向传感器、Y方向传感器与Z方向传感器通过螺纹固定在基座上。

优选的，所述振子为一空心球状结构，且表面有四个卡槽，振子卡座两端有限制振子大幅度运动的卡片，卡槽内涂有润滑油，振子与振子卡座并无直接接触。

优选的，所述胶体将传输光纤与不锈钢筒粘接在一起，所述不锈钢筒内壁与光纤光栅外侧涂覆弹性材料并无接触。

优选的，所述振子卡座焊接在传感器外壳的内壁，振子卡座的四个卡点分别置于振子的四个卡槽内。

优选的，所述传感器内部的空隙为真空。

优选的，所述滑盖内部高于边缘，所述盒体开口边缘有呈阶梯状的卡槽，将滑盖盖在卡槽上后，滑盖边缘正好盖在槽内边上，滑盖的背面与槽外边形成一个平整的平面。

本实用新型的具体运作原理如下：

首先将三分量光纤光栅振动传感器固定在待测点处，待测点的振动将带动基座与传感器外壳振动，进而带动光纤光栅振动，光纤光栅与传感器外壳均通过弹簧使振子产生振动，但振子的运动相对光纤光栅具有一定的滞后性，二者将产生相对运动，分别使连接光纤光栅的第一弹簧与连接传感器外壳的第二弹簧产生方向相反的伸缩运动，因此与第一弹簧相连的光纤光栅所受的力也将不断变化，引起光纤光栅中心波长的漂移，且光栅中心波长的漂移量与振子的加速度成正比，因此通过实时监测三个光纤光栅中心波长的变化情况就能监测待测点的三个方向的振幅、频率与加速度。传感器中的两弹簧不仅是传力装置，同时也有增大阻尼的作用。振子卡座能使振子沿一个方向运动，振子的卡槽与振子卡座卡在一起，能有效防止振子翻转，振子卡座两端有卡片，能有效防止传感器超量程损坏。

本实用新型的优点是：

1．本实用新型能够实时测量相互垂直的三个方向的振动幅度、频率与加速度。

本实用新型的光栅不再黏贴在机械结构上，有效避免了机械结构本身固有频率的限制，大大拓宽了传感器的测量频率范围。

本实用新型采用了两支弹簧，提高了传感器的稳定性，增大了传感器的阻尼，使传感器幅频特性平坦区进一步展宽。

本实用新型采用振子卡座限制振子的运动方向，防止振子翻转，且能起到超量程保护作用。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型一种三分量光纤光栅振动传感器的结构图；

图2为本实用新型Z方向上的振动传感器内部结构示意图；