[发明专利]振弦式宽频光纤激光器振动传感器及其应用

说明书

本发明涉及一种光纤振动传感器，特别公开了一种振弦式宽频光纤激光器振动传感器及其应用。该振弦式宽频光纤激光器振动传感器，包括内部为方槽的基座，其特征在于：所述基座的一端内侧壁上耦合有振弦，基座的另一端外侧穿设固定有连杆，连杆在基座的内侧与膜片的一端耦合，膜片的另一端与振弦的端部耦合；振弦的上表面上贴附有光纤激光器，连杆上安装有紧定螺帽。本发明扩展了光纤激光振动传感器的应用范围，适用于振动高频分量、声发射等高频信号探测以及对于声发射等微弱的高频信号的探测灵敏度探测。

（一）技术领域

本发明涉及一种光纤振动传感器，特别涉及一种振弦式宽频光纤激光器振动传感器及其应用。

（二）背景技术

通过在机电设备表面安装布设振动传感器，监测机电设备的振动噪声，可以获得设备运行状态的健康状况。目前主要应用置压电型加速度传感器进行振动噪声监测，存在易收电磁干扰、缆线多、体积大、重量重、成本高、可靠性低、维修难度较大等问题，限制了设备振动监测系统的应用。

光纤振动传感器以光纤作为传感和信号传输媒介，利用被测量振动等信号对光纤产生的调制，还原振动信号。与传统电子类传感器相比，具有灵敏度高、抗电磁干扰、不怕水、信号传输远、可靠性高等有点。特别是基于光纤激光器的光纤振动传感器，还具有分辨率高、易于复用成阵、结构简单体积小等优势，非常适合设备振动监测领域应用。

现有的基于光纤激光器的振动传感器频率范围较窄，一般在1kHz以内，虽然能监测一定范围的设备振动信号，但对于振动高频分量、声发射等高频信号，探测频率范围不足。此外，对于声发射等微弱的高频信号，探测灵敏度也难以满足信号特征识别的信噪比要求。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种灵敏度高、频率范围大、谐振频率可调的振弦式宽频光纤激光器振动传感器及其应用。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种振弦式宽频光纤激光器振动传感器，包括内部为方槽的基座，其特征在于：所述基座的一端内侧壁上耦合有振弦，基座的另一端外侧穿设固定有连杆，连杆在基座的内侧与膜片的一端耦合，膜片的另一端与振弦的端部耦合；振弦的上表面上贴附有光纤激光器，连杆上安装有紧定螺帽。

本发明中，基座为传感器的支撑结构，并于被测目标耦合，振弦一端与基座内侧壁耦合，用于在振动冲击下产生谐振，光纤激光器用于感知振弦的振动，膜片用于拉动振弦以改变其中的预应力，最后通过拧紧紧定螺帽，经连杆对膜片施加拉力，以改变振弦中的预紧力。

本发明的更优技术方案为：

所述基座为内部为方槽的金属结构，并在两端开有通孔，基座耦合在被测物体表面，耦合方式为焊接或环氧胶粘结；振弦为金属圆柱结构，穿过基座一端的通孔，并与基座内侧壁耦合，耦合方式为焊接或环氧胶粘结，形成一端固定、一端悬空的梁结构，用于在振动冲击下产生谐振。

所述基座和振弦均为低膨胀系数合金材料，且振弦的膨胀系数与石英相近；连杆为高膨胀系数合金材料；优选的，基座为钛合金或因瓦合金材料，振弦为因瓦合金材料，连杆为不锈钢材料，膜片为长方形不锈钢薄片。

所述振弦包括振弦杆本体和温度补偿体，振弦杆本体在端部开有台阶，温度补偿体耦合在振弦杆本体的台阶位置，其耦合方式为焊接；振弦杆本体与温度补偿体的膨胀系数不同，形成对光纤激光器的温度补偿；光纤激光器的两端分别与振弦杆本体和温度补偿体耦合，两者的耦合方式为环氧胶粘结或低温焊料焊接。