[实用新型]基于荧光法的光纤振动传感器及振动传感系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于荧光法的光纤振动传感器以及振动传感系统，属于分析及测量控制技术领域。

背景技术

振动是一种常见的物理现象，广泛存在于人们的生产生活中。在工程领域中，振动往往会给设备带来不利的影响，甚至会造成设备的损坏。例如在汽车设计领域，提高车辆的平顺性，降低车体振动与噪声振动已成为汽车设计的重要环节；高精度的数控机床也需要严格控制其自身振动量。因此，针对机械设备的振动测试一直以来都是工程技术人员关注的焦点。

现有的测试振动的传感器有电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式和光电式等，通过将被测物体的振动信息转化为电压或电流信号，经过放大环节和模数转换处理后传送给微处理器，由微处理器计算并输出控制信号。但是现有的振动传感器在强电磁干扰的环境下，根本不适用，它们无法测量到大型发电机及电动机的振动情况。因此，一些学者开始研究将振动信息转化为光信号的振动测试方法。

例如，光纤振动传感器（授权公告号：CN 101308042 B）提供一种检测灵敏度良好的光纤振动传感器，包括光源，受光器，光分支耦合部，信号处理单元及由光纤构成的光纤环形部。光纤振动传感器（申请号：201210054047.7）在长度方向整个长度上都具有良好的检测灵敏度，并且能够更细致地确定侵入者侵入的位置。上述光纤振动传感器能够在强电磁干扰的环境下，非常有效地工作，测量精度也比较高，但是该类光纤振动传感器结构复杂，而且成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种基于荧光法的光纤振动传感器以及振动传感系统，该振动传感系统结构简单，成本较低。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于荧光法的光纤振动传感器，包括振动探头、光分束器和激励光源；所述振动探头包括探头外壳、荧光靶以及具有第一端和第二端的光纤，所述光纤的第一端与所述激励光源相连，所述荧光靶和光纤第二端这两者的其中之一与所述探头外壳弹性连接，另一个与探头外壳刚性连接，且荧光靶与光纤第二端不接触；荧光靶的靶面上涂覆有两种不同的荧光材料，振动探头静止时所述光纤第二端的光轴中心对准两种荧光材料的分界线，且所述光纤第二端的光轴与荧光靶的靶面相垂直；所述光分束器串接于所述光纤的第二端与激励光源之间的光路中，用于将激励光源发射的激励光光路和荧光靶反射的反射光光路耦合于所述光纤。

进一步的，所述荧光靶通过弹性连接件固定在所述探头外壳内部一侧，所述光纤的第二端固定在所述探头外壳内部与荧光靶相对一侧，且光纤第二端的端面与探头外壳内表面几乎平齐。

进一步的，所述荧光靶固定在所述探头外壳内部一侧，所述光纤的第二端固定在所述探头外壳内部与荧光靶相对一侧，且在探头外壳内伸出较长的一段距离，可随被测物体弹性振动。

进一步的，所述光纤第二端的端面与荧光靶之间的距离小于0.5mm。

一种振动传感系统，包括基于荧光法的光纤振动传感器，还包括与光分束器依次连接的光电转换单元、电信号初级放大电路、放大及滤波电路、计算处理输出单元；所述光电转换单元用于将两种荧光靶回射光信号分别转化为电信号，所述电信号初级放大电路用于将电信号进行初步放大，所述放大及滤波电路用于将初步放大的电信号进行进一步精确放大并将信号中的直流分量滤除，所述计算处理输出单元用于计算振动参数并输出。

进一步的，所述光电转换单元为颜色光电转换器，用于将荧光靶反射的两种荧光信号分别转化为电信号。

采用上述方案后，本实用新型的有益效果为：振动探头部分利用荧光靶和光纤之间的相对运动，将被测物体的振动信息先转换为光信号，再通过光纤将含有振动信息的光信号导出至距离较远的光电转换模块进行后续处理。光信号在复杂的强电磁场干扰环境下能够不受干扰，光纤振动传感系统依然能够有效可靠地工作，计算结果精度较高，且结构简单，成本较低，因而有着更广阔的发展空间。

附图说明

图1是本实用新型的基于荧光法的光纤振动传感系统的流程图。

图2是本实用新型的基于荧光法的光纤振动传感器的振动探头的结构图。

图3是本实用新型的基于荧光法的光纤振动传感器的振动探头的结构图。

图4是本实用新型的基于荧光法的光纤振动传感器光传导原理图。

其中：1为探头外壳，2为支座，3为振动簧片，4为荧光靶（分上下两种荧光材料），5为光纤，6为振动探头，7为光分束器，8为准直透镜，9为颜色光电转换器，10为耦合透镜，11为激励光源。