[实用新型]一种用于船体应力监测的光纤加速度传感器结构

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤光栅传感器领域，特别涉及一种在高腐蚀、剧烈振动恶劣环境下对船体结构应力实时监测的光纤光栅加速度传感器结构。

背景技术

船舶结构长期服役在恶劣的海洋环境中，受到风载荷、波浪载荷、冰载荷、深水压力载荷等作用，有时还要遭到船体碰撞、爆炸等冲击影响。在这些恶劣的环境载荷长期作用下，结构容易发生各种灾害性事故，造成巨大的人员伤亡和经济损失。实时在线的船体载荷测量，及时为驾船人员提供客观可靠的信息，使船体在航行中抵抗各种风险，成为急需解决的问题；而国内在该领域的研究还处于起步阶段，并无相关技术产品。因此研究基于光纤光栅传感器的船体应力监测系统，实现船体结构应力参数的实时监测有着非常重要的实际意义和经济价值。其中加速度传感器作为监测船体砰击载荷的主要传感器，通过该传感器测量信号能直接反应出船体所遭受的砰击波浪的大小强度，为船体航向调整具有重要的意义，是船体应力监测系统重要的组成部分。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种在高腐蚀、强振动的船舶环境中有效进行应力检测的加速度传感器设备结构。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案如下：

一种用于船体应力监测的光纤加速度传感器结构，其特征是：包括光纤光栅加速度传感器1、光分路器2、密闭壳体3、接口螺母4、外法兰盘5、防腐防水胶圈6、非标光纤插头7、插头保护套8、封闭式尾弹簧9、传输光纤10、FC连接器11、防水胶层12；其中 光纤光栅加速度传感器1与光分路器2安装在密闭壳体3中，光分路器2由非标光纤插头7与传输光纤10连接，非标光纤插头7由接口螺母4、外法兰盘5、防腐防水胶圈6及插头保护套8进行防水防腐蚀保护，最终构成密封结构。传输光纤10在非标光纤插头7的尾处由封闭式尾弹簧9保护防止过度弯折，并最终由FC连接器11与光纤传感器相连。

本实用新型所述的密闭壳体3、非标光纤插头7、插头保护套8的金属部分使用316不锈钢材质，在接口螺母4中有内、外螺纹分别与非标光纤插头7与插头保护套8锁紧。在密闭壳体3中，光纤加速度传感器1保持刚性安装，且光纤加速度传感器1、光分路器2及通信光纤上使用硅胶灌封，在密闭结构中得金属连接处都涂抹有防水胶层，以防止海水侵蚀。

本实用新型所述的非标光纤插头7的尾处利用封闭式尾弹簧9保持光纤同轴性。

本实用新型将光纤光栅加速度传感器放置在刚性的密闭壳体中，将密闭壳体布设在船艏，在传感器、密闭壳体、船体之间保持刚性连接，感知变化最剧烈的砰击载荷。在光纤出口处利用防水、防腐蚀结构对其进行密闭保护，传输光纤插口利用标准FC连接器可与解调仪通信，完成对船体应力的实时监测。

光纤光栅加速度传感器是由粘贴有光纤光栅的悬臂梁、质量惯性块以及相关的结构构成。采用回复性与弹性均较好的65#锰钢材料制作悬臂梁。根据弹性力学的原理, 当被测物体振动,质量惯性块移动，悬臂梁将产生一个与施力方向相反的惯性力，由于惯性力的作用, 悬臂梁将发生弯曲，带动传感光纤光栅伸长或压缩,光的中心波长同时产生漂移。通过解调仪检测光纤光栅中心波长的漂移量大小及方向,即可测量加速度的矢量信息。

利用密闭壳体316不锈钢材质的抗腐蚀性、高强度、防水性对光纤光栅加速度传感器进行保护，满足在船舶这样的严苛工作环境。在传感器的光纤光栅与传输光纤之间利用光分路器进行连接，同时也可以利用光分路器可实现多加速度传感器的串联使用，可实现传感网络的搭建，实现对全船的实时监测，也可以利用多个单轴光纤光栅加速度传感器组成一个多轴加速度传感器结构，实现对船体的多方向应力实时监测。

光分路器的输出口由传输光纤引出，接口处利用法兰盘的内螺纹与非标光纤插口连接，保证了光纤端面的对齐，且光纤加速度传感器、光分路器及通信光纤上使用硅胶灌封。在利用法兰盘的外螺纹对插头保护套进行锁紧，插头保护套对非标光纤插口起到防水防腐蚀的作用。在法兰盘的外螺纹与插头保护套间有防水垫圈，在防水的同时也起到防止高盐腐蚀、螺母锈死的作用，便于传感器结构的拆卸维护。

在非标光纤插口的锥尾处和插头保护套胶层之间涂抹防水胶层，在固定光纤尾芯的同时，也对非标光纤插口进行防水保护。在连接处利用插头保护套对光纤进行保护，封闭式尾弹簧构成尾纤的特殊保护结构,防止过度弯折，避免光纤因小半径折绕而带来的损坏。