[发明专利]一种全方位振动检测的光纤传感器

说明书

一种全方位振动检测的光纤传感器，其特征在于，主要由壳体、端盖、质量球体、平衡缸、传感缸、平衡管路、平衡活塞和FBG光栅组成；所述的壳体设置为圆柱形，顶部与所述的端盖相连接；所述的质量球体的球心与壳体的几何中心一致，并通过平衡缸和传感缸与壳体相连接；所述的x、y、z向平衡缸的平衡管路内充满液体，内部分别设置有x、y、z向平衡活塞，所述的x、y、z向FBG光栅为相同性能的FBG光栅，一端与传感缸的活塞相连接，另一端穿过壳体与外部的检测元件相连接。本发明通过球铰链将质量球体球心位置的变化传递给传感缸无杆腔内FBG光栅，实现设备振动的检测，避免了温度的影响，结构简单，精确灵敏地实现设备全方位的振动监测。

技术领域

本发明涉及光纤振动监测领域，特别涉及一种全方位振动检测的光纤传感器领域。

背景技术

常见的振动检测传感器由于容易受到电磁的影响，而光纤以其抗干扰，不受电磁等影响的特性广泛应用于设备的振动监测中。根据FBG(Fiber Braggart Grating)光栅在受到振动时压缩或拉伸，产生光纤弹光效应，FBG光栅的有效折射率n_eff发生变化，可以反映出设备振动的情况。因而在设备振动领域FBG光栅用于设备振动检测具有诸多技术方案。其中针对设备振动三维方向进行检测的技术方案，传感器壳体内设有x、y、z三个不同方向的加速度传感装置，通过高速波长解调仪来检测x、y、z三个不同方向上光纤光栅的中心波长偏移，从而计算出x、y、z方向上的加速度大小。如发明(CN111879966A)公开了一种多方向检测的光纤光栅加速度传感器，该传感器可同时检测x、y、z三种不同方向的加速度大小。发明(CN104483008A)提供了一种光纤光栅三维振动传感器，采用单膜片敏感结构，该三维光纤光栅振动传感器包括设置在壳体内的膜片、惯性质量块，以及传感光栅，所述惯性质量块位于膜片的几何中心，并固定于膜片下方，膜片固定于外壳的内壁；所述膜片上表面设置有三个传感光栅，传感光栅通过光纤出孔与外部解调单元相连。本发明利用光纤光栅的波长传感原理，在外界振动信号作用下使传感器敏感膜片的上表面不同位置产生拉应变和扭应变，当外界振动信号作用于该结构时，引起传感器内惯性质量块的振动，进而产生惯性力和扭矩，使得封装于其上的光栅的波长漂移，通过检测三只光栅波长的变化，实现三个方向振动信号的检测。这些技术方案只能感受设备三个方向的振动情况。为了获取三个方向的振动的精确检测，发明(CN105841796B)提供了一种光纤光栅三维矢量振动传感器，采用中空圆柱体结构，该中空圆柱体包括中空敏感圆柱体、惯性质量块、底座以及敏感元件光纤光栅，所述惯性质量块位于中空圆柱体的顶端，并固定于中空圆柱体的顶端或联为一个整体，中空敏感圆柱体固定于底座上或联为一个整体；三只光纤光栅通过全粘封装消除了两点封装光栅自振的影响，又增强了抗冲击性能，可以实现在恶劣环境下的矢量振动信号的测量；而且通过一个弹性敏感结构实现三维振动信号检测。

可见目前对设备振动的有效监测，不管是采用何种技术方案都限定在设备振动的三维方向上，不能检测到设备振动全方位的振动信息这个技术问题，并且目前的这些技术方案采用复杂的结构，容易传感器的精度受到自身结构的影响。

发明内容

为了克服目前设备振动的光纤传感器的缺陷，实现设备振动的全方位振动检测，本发明提出一种全方位振动检测的光纤传感器，可以有效地克服在设备振动检测中只能感受三个单一方向振动信息的缺点，还能使在振动检测的精度得到较大的提升，具有较高的实施可靠性。

本发明待解决的技术问题是如何精确、可靠地利用光纤实现设备振动全方位的监测？

为解决上述的技术问题，本发明提出以下技术方案：