[发明专利]一种非接触式光纤光栅扭振传感器及测量装置

说明书

本发明涉及一种非接触式光纤光栅扭振传感器及测量装置，非接触式光纤光栅扭振传感器包括光纤光栅、固定板和非磁性等截面的悬臂梁，悬臂梁一端固定在固定板上、另一端表面固定有永磁铁，悬臂梁中部设有凸起，光纤光栅悬置的固定在悬臂梁固定端和凸起之间并且与悬臂梁平行，永磁铁的工作极面为部分圆环；非接触式光纤光栅扭振测量装置包括测量盘、调节架以及两个非接触式光纤光栅扭振传感器，测量盘包括非磁性的内环和外环以及在内环与外环之间均布的导磁条。本发明通过测量光纤光栅的波长变化量随时间的变化关系可得到永磁铁和导磁条之间的磁力的变化，结构简单、安装方便、灵敏度高。

技术领域

本发明属于振动测量领域，具体涉及一种非接触式光纤光栅扭振传感器及测量装置。

背景技术

一般测量扭振信号采用接触法和非接触法两种方法，接触法是直接将传感器安装在被测量的旋转轴上，旋转装置和固定装置之间的信号传输比较困难，对于电类的传感器，线路的布置比较麻烦，对于基于光纤光栅的传感器，需要利用旋转连接器等花费比较高的装置。非接触法是将传感器固定在旋转轴之外的装置上，能够非接触的捕获扭振信号，信号传输十分的方便，受到的干扰小且稳定性好。非接触法目前常见的有测齿轮法和激光多普勒法，测齿法先在轴上安装齿轮、码盘等等分结构，再用位移传感器测量等分结构经过测点的时间变化来反映扭振的变化，扭振信号存在于脉冲信号的相位中，要经过鉴相器解调方可获得，该方法信号的处理工作十分复繁杂，难以保证准确度，激光多普勒法利用反射到旋转轴的调整光的频移效应来测量扭振，受旋转轴和环境的影响比较大，难以得到实施应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触式光纤光栅扭振传感器及测量装置，通过测量光纤光栅的波长变化量随时间的变化关系可得到永磁铁和导磁条之间的磁力的变化，结构简单、安装方便、灵敏度高。

本发明所采用的技术方案是：

一种非接触式光纤光栅扭振传感器，用于与安装有导磁条的旋转轴配合，包括光纤光栅、固定板和非磁性等截面的悬臂梁，悬臂梁一端垂直固定在固定板上、另一端表面固定有永磁铁，悬臂梁中部设有凸起，光纤光栅悬置的固定在悬臂梁固定端和凸起之间并且与悬臂梁平行，永磁铁的工作极面为部分圆环。

进一步地，固定板侧面和悬臂梁固定端设有相同大小的螺纹孔，螺钉穿过螺纹孔将悬臂梁和固定板连接固定。

一种非接触式光纤光栅扭振测量装置，包括测量盘、调节架以及两个如上所述的非接触式光纤光栅扭振传感器，测量盘包括非磁性的内环和外环以及在内环与外环之间均布的导磁条，内环能够安装在旋转轴上，导磁条的两侧均指向旋转轴轴心，导磁条对应的圆心角以及相邻导磁条之间间隙对应的圆心角均与永磁铁对应的圆心角相等，调节架能够分别调节两个非接触式光纤光栅扭振传感器的固定板位置并固定，测量时，两个非接触式光纤光栅扭振传感器关于旋转轴轴心对称，永磁铁对应的圆心位于旋转轴轴心并且在旋转至一定角度时能够被导磁条完全覆盖。

进一步地，调节架包括固定的基座和两个支架，基座上设有竖向槽，两个支架分别通过两组穿过竖向槽的螺栓组件调节并固定在基座上，支架上均设有水平槽，两个非接触式光纤光栅扭振传感器的固定板分别通过两组穿过水平槽的螺栓组件调节并固定在支架上。

本发明的有益效果是：

1.测量时旋转轴上安装有导磁条，旋转轴转动时导磁条与永磁铁的正对面积随旋转角度变化，永磁铁和导磁条之间的磁力也会发生变化，永磁铁受到的磁力作用在悬臂梁的末端，引起光纤光栅产生应变，光纤光栅的波长变化量也会产生变化，这样就使得每一时刻旋转轴的转动状态被记录下来，通过测量光纤光栅的波长变化量随时间的变化关系可得到永磁铁和导磁条之间的磁力的变化，进而可得到旋转角度随时间的变化关系，即得到扭振信号。将光纤光栅固定在悬臂梁上，悬臂梁作为弹性体，在中部设置凸起具备增敏功能，该传感器结构简单、安装方便、灵敏度高。

2.固定板和悬臂梁通过面接触、螺钉连接压紧，便于垂直固定。