[发明专利]一种集成准直透镜的大量程光纤位移传感器

说明书

本发明公开了一种集成准直透镜的大量程光纤位移传感器，它是在双圈同轴式光纤位移传感器探头前端叠加上一个准直透镜，用于提高光纤位移传感器的量程。其主要包括：光纤探头、探头套筒和光源，所述探头套筒套设在光纤探头外部；光纤探头是由入射光纤、第一反射光纤及第二反射光纤由内至外依次集束成的双圈同轴式光纤；所述入射光纤探头端包层内集成准直透镜，入射光纤输入端与光源连接；第一反射光纤及第二反射光纤均与信号处理电路连接。本发明结构简单，可突破光纤位移传感器量程较小的限制，实现大位移的测量。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种集成准直透镜的大量程光纤位移传感器，适用于直驱式风力发电机气隙的动态检测。

背景技术

直驱式风力发电机摒弃了传统的传动部件行星齿轮箱而具有诸多优良特性，是风力发电机未来的发展方向。定转子之间的气隙是其非常重要的参数，对发电机的电气性能具有较大的影响，气隙不均匀造成的电磁力不平衡可能会导致轴承温度升高、机组异常振动，从而影响发电机的稳定性。由于采用电流信号、互感电压信号、磁通信号等对风力发电机偏心故障进行检测效果不理想，而气隙信号是一种更加优质的故障特征载体信号，因此对气隙信号进行动态监测一方面有利于风力发电机的状态检测和故障诊断，另一方面可以丰富和发展现有的故障诊断技术，具有重要的学术研究价值和工程应用前景。目前，对发电机气隙进行检测诊断所采用较为成熟的测量方法为平板电容检测法、电涡流传感器检测法。平板电容检测法和电涡流传感器检测法由于受到直驱式风力发电机强磁场的干扰，会对测量结果产生较大的影响。近年来，刚刚兴起的光纤位移传感器，虽具有测量精度高、抗强电磁干扰、安装方便等优良特性，但因其所制作的同轴光纤位移传感器存在量程较小的问题，难以满足对直驱式风力发电机的大气隙(8毫米左右)立体形态检测的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成准直透镜的大量程光纤位移传感器，用于解决目前双圈同轴光纤传感器存在的量程较小问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种集成准直透镜的大量程光纤位移传感器，包括：光纤探头、探头套筒和光源，所述探头套筒套设在光纤探头外部；光纤探头是由入射光纤、第一反射光纤及第二反射光纤由内至外依次集束成的双圈同轴式光纤；

所述入射光纤探头端包层内集成准直透镜，入射光纤输入端与光源连接；第一反射光纤及第二反射光纤均与信号处理电路连接。

所述入射光纤包括依次设置的入射光纤输入端口和光纤输入单钩管线，所述入射光纤输入端口与光源发射端连接。

所述第一反射光纤及第二反射光纤均包括依次设置的光纤输出单钩管线和反射光纤输出端口，所述反射光纤输出端口与信号处理电路连接；信号处理电路包括依次连接的光电转换电路、放大滤波电路以及上位机。

所述光纤探头由多根多模光纤紧密集束而成，端面呈正六边形形状，中心为入射光纤，入射光纤外周均布多根第一反射光纤，第一反射光纤外周布置多根第二反射光纤。

所述多模光纤的纤芯半径为280um，光纤的数值孔径角为°，相邻两个光纤间的距离为600um，多模光纤材料为石英光纤。

所述准直透镜形状为非球面透镜，包括平面端和曲面端，平面端与所述入射光纤正对，平面端与入射光纤端面之间留有空隙；曲面端与探头端面相切并正对被测表面。

所述准直透镜与所述入射光纤的半径大小相等。

所述准直透镜的直径大小为560um，焦距为485um，所述准直透镜平面端与入射光纤的空隙距离为162um。

所述头套筒材料为金属，探头套筒外表面滚压成网纹或者激光雕刻成网纹。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：