專利名稱：三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，具體涉及一種能夠同時(shí)測(cè)量X、Y、Z三個(gè)方向振動(dòng)信號(hào)的高精度光纖光柵振動(dòng)傳感器。
背景技術(shù)：
振動(dòng)是自然界普遍存在的現(xiàn)象，在結(jié)構(gòu)工程、機(jī)械設(shè)備、航空和采礦等領(lǐng)域都需要對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。目前，通常采用電類振動(dòng)傳感器，但他們易受外界因素的影響，尤其是被測(cè)對(duì)象處在強(qiáng)電磁干擾、高溫潮濕、高電壓大電流、大噪聲等一些惡劣環(huán)境下，傳統(tǒng)的振動(dòng)傳感器難以有效測(cè)量，甚至無法工作。光纖布拉格光柵是20世紀(jì)90年代以來國(guó)際上新興的一種基礎(chǔ)性光纖器件，用于傳感領(lǐng)域具有耐久性好、抗電磁干擾、體積小、準(zhǔn)分布測(cè)量、抗潮濕、與強(qiáng)度信息無關(guān)等許多優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。目前，光纖光柵振動(dòng)傳感器大多為單方向傳感器，且大多將光纖光柵黏貼在一機(jī)械結(jié)構(gòu)上，靠機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)來帶動(dòng)光纖光柵發(fā)生形變，但傳感器的固有頻率取決與機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率，因此目前的光纖光柵傳感器測(cè)量頻率較低，且光譜信號(hào)易失真。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種靈敏度高、頻率范圍寬、且能有效抑制橫向效應(yīng)的三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，它包括殼體，信號(hào)傳輸光纖，保護(hù)套管，光纖光柵，振子，其特征在于傳感器由三個(gè)相同的振動(dòng)傳感器，互相垂直的固定在傳感器基座上,所述傳感器外殼由兩部分組成,主體為一盒體結(jié)構(gòu),該盒體有一面開口，另一部分為蓋在盒體開口上的滑蓋，外殼的頂端有一圓孔，傳輸光纖與套管由此穿出，外殼內(nèi)有一不銹鋼筒，不銹鋼筒內(nèi)放置涂覆彈性材料的光纖光柵，光纖光柵下端通過第一彈簧與振子相連，振子置于振子卡座內(nèi)，振子下端通過第二彈簧與傳感器外殼的底端相連。優(yōu)選的，所述X方向傳感器、Y方向傳感器與Z方向傳感器通過螺紋固定在基座上。優(yōu)選的，所述振子為一空心球狀結(jié)構(gòu)，且表面有四個(gè)卡槽，振子卡座兩端有限制振子大幅度運(yùn)動(dòng)的卡片，卡槽內(nèi)涂有潤(rùn)滑油，振子與振子卡座并無直接接觸。優(yōu)選的，所述膠體將傳輸光纖與不銹鋼筒粘接在一起，所述不銹鋼筒內(nèi)壁與光纖光柵外側(cè)涂覆彈性材料并無接觸。優(yōu)選的，所述振子卡座焊接在傳感器外殼的內(nèi)壁，振子卡座的四個(gè)卡點(diǎn)分別置于振子的四個(gè)卡槽內(nèi)。優(yōu)選的，所述傳感器內(nèi)部的空隙為真空。優(yōu)選的，所述滑蓋內(nèi)部高于邊緣，所述盒體開口邊緣有呈階梯狀的卡槽，將滑蓋蓋在卡槽上后，滑蓋邊緣正好蓋在槽內(nèi)邊上，滑蓋的背面與槽外邊形成一個(gè)平整的平面。[0012]本實(shí)用新型的具體運(yùn)作原理如下首先將三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器固定在待測(cè)點(diǎn)處，待測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)將帶動(dòng)基座與傳感器外殼振動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)光纖光柵振動(dòng)，光纖光柵與傳感器外殼均通過彈簧使振子產(chǎn)生振動(dòng)，但振子的運(yùn)動(dòng)相對(duì)光纖光柵具有一定的滯后性，二者將產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，分別使連接光纖光柵的第一彈簧與連接傳感器外殼的第二彈簧產(chǎn)生方向相反的伸縮運(yùn)動(dòng)，因此與第一彈簧相連的光纖光柵所受的力也將不斷變化，引起光纖光柵中心波長(zhǎng)的漂移，且光柵中心波長(zhǎng)的漂移量與振子的加速度成正比，因此通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三個(gè)光纖光柵中心波長(zhǎng)的變化情況就能監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的三個(gè)方向的振幅、頻率與加速度。傳感器中的兩彈簧不僅是傳力裝置，同時(shí)也有增大阻尼的作用。振子卡座能使振子沿一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，振子的卡槽與振子卡座卡在一起，能有效防止振子翻轉(zhuǎn)，振子卡座兩端有卡片，能有效防止傳感器超量程損壞。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是I.本實(shí)用新型能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量相互垂直的三個(gè)方向的振動(dòng)幅度、頻率與加速度。本實(shí)用新型的光柵不再黏貼在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，有效避免了機(jī)械結(jié)構(gòu)本身固有頻率的 限制，大大拓寬了傳感器的測(cè)量頻率范圍。本實(shí)用新型采用了兩支彈簧，提高了傳感器的穩(wěn)定性，增大了傳感器的阻尼，使傳感器幅頻特性平坦區(qū)進(jìn)一步展寬。本實(shí)用新型采用振子卡座限制振子的運(yùn)動(dòng)方向，防止振子翻轉(zhuǎn)，且能起到超量程保護(hù)作用。
以下結(jié)合附圖
及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述圖I為本實(shí)用新型一種三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型Z方向上的振動(dòng)傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型振子與振子卡座的俯視圖；圖4為本實(shí)用新型滑蓋結(jié)構(gòu)正視圖；圖5為本實(shí)用新型滑蓋結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖6為本實(shí)用新型盒體開口面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實(shí)用新型一種三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器的幅頻響應(yīng)曲線圖；其中I.基座，2. X方向傳感器，3. Y方向傳感器，4. Z方向傳感器，5.傳感器外殼，
6.傳輸光纖，7.套管,8.膠體,9.光纖光柵，10.不銹鋼筒，11.彈性材料，12.振子卡座，13.振子，14.第一彈簧，15.第二彈簧，16.真空，17.滑蓋內(nèi)部，18.滑蓋邊緣，19卡槽，20卡槽內(nèi)邊，21卡槽外邊，22引線口。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例如圖I所不，X方向傳感器2、Y方向傳感器3與Z方向傳感器4均為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，頂端均有螺絲，通過螺紋相互垂直的固定在基座I上。傳感器外殼5由兩部分組成，主體為一槽狀結(jié)構(gòu)，傳感器主體結(jié)構(gòu)置于內(nèi)部，另一部分為滑蓋，待傳感器制作完成，將滑蓋與槽狀結(jié)構(gòu)粘接在一起。如圖2所示，傳感器外殼5內(nèi)有一不銹鋼筒10，不銹鋼筒10內(nèi)壁與光纖光柵9外側(cè)涂覆彈性材料11并無接觸。外殼5的頂端有一圓孔,傳輸光纖6與套管7由此穿出，膠體8將傳輸光纖6與不銹鋼筒10粘接在一起。光纖光柵9下端通過第一彈簧14與振子13相連，振子13下端通過第二彈簧15與傳感器外殼5的底部相連，振子卡座12焊接在傳感器外殼5的內(nèi)壁，且振子卡座12的四個(gè)卡點(diǎn)分別置于振子的四個(gè)卡槽內(nèi)。振子13為一空心球狀結(jié)構(gòu)，能夠有效減小摩擦力，第一彈簧14置于振子13空心處，起到連接光纖光柵9與振子13的作用，同時(shí)能增大振子13的運(yùn)動(dòng)范圍。振子13的表面有四個(gè)卡槽，與振子卡座12的四個(gè)尖點(diǎn)對(duì)應(yīng)，能夠有效抑制振子12的橫向運(yùn)動(dòng)，且振子13與振子卡座12并無直接接觸，振子13的卡槽內(nèi)有潤(rùn)滑油，能夠減小二者的相對(duì)摩擦。振子卡座12兩端有限制振子運(yùn)動(dòng)范圍的卡片，可有效防止傳感器超量程時(shí)引起傳感器損壞。振子13通過第二彈簧15與傳感器外殼5底部相連，能夠增大傳感器的穩(wěn)定性與阻尼。傳感器內(nèi)部空隙16抽真空，防止?jié)櫥脱趸档蛡鞲衅餍阅堋；w內(nèi)部17高于邊緣18,所述盒體開口邊緣有呈階梯狀的卡槽19,將滑蓋蓋在卡槽19上后，滑蓋邊緣18正好蓋在卡槽內(nèi)邊20上，滑蓋的背面與卡槽外邊21形成一個(gè)平整的平面。本實(shí)施例的具體制作過程如下首先，將振子基座12的四部分分別焊接在傳感器外殼5的四個(gè)側(cè)壁上(即盒體結(jié)構(gòu)的3個(gè)側(cè)壁以及滑蓋上)。然后，將光纖光柵9外均勻涂覆一層彈性材料11，同時(shí)將傳輸光纖6外穿上套管7，并且將二者進(jìn)行粘接，再將光纖光柵9置于不銹鋼筒10中，將套管7與傳感器外殼5的上端口粘接在一起，用膠體8將傳輸光纖6與不銹鋼筒10粘接在一起。將第一彈簧14 一端與光纖光柵9連接，另一端與振子13連接，振子13的底端與第二彈簧15連接。并將振子13安裝在振子基座12內(nèi)，將傳感器外殼滑蓋蓋在傳感器盒體結(jié)構(gòu)開口面的卡槽(19)上，并保證焊接在傳感器外殼滑蓋處的振子卡座12的尖點(diǎn)處于振子13的卡槽內(nèi)。最后，將傳感器抽真空，并分別將X方向傳感器2、Y方向傳感器3與Z方向傳感器4固定在基座I上，形成三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器。對(duì)本實(shí)用新型的性能測(cè)試結(jié)果分別如圖7所示，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，首先三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器固定于被測(cè)物體表面，使用多通道光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)儀分別對(duì)光纖光柵9的中心波長(zhǎng)漂移情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。中心波長(zhǎng)變化幅度對(duì)應(yīng)傳感器的振動(dòng)幅度，中心波長(zhǎng)的變化頻率對(duì)應(yīng)傳感器的振動(dòng)頻率，同時(shí)可計(jì)算傳感器的加速度測(cè)量值。當(dāng)然上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.I. 一種三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，它包括外殼(5),信號(hào)傳輸光纖(6),保護(hù)套管(7)，光纖光柵(9)，振子(13)，其特征在于傳感器由三個(gè)相同的振動(dòng)傳感器，互相垂直的固定在傳感器基座(I)上，夕卜殼(5)的頂端有一圓孔,傳輸光纖(6)與套管(7)由此穿出，夕卜殼(5)內(nèi)有一不銹鋼筒(10)，不銹鋼筒(10)內(nèi)放置涂覆彈性材料(11)的光纖光柵(9)，光纖光柵(9)下端通過第一彈簧(14)與振子(13)相連，振子(13)置于振子卡座(12)內(nèi)，振子(13)下端通過第二彈簧(15)與傳感器外殼(5)的底端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于X方向傳感器(2 )、Y方向傳感器(3 )與Z方向傳感器(4 )通過螺紋固定在基座(I)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于所述傳感器外殼(5)由兩部分組成，主體為一盒體結(jié)構(gòu)，該盒體結(jié)構(gòu)五面封閉，有一面開口，另一部分為蓋在盒體結(jié)構(gòu)開口上的滑蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于所述滑蓋內(nèi)部(17)高于邊緣(18)，所述盒體開口邊緣有呈階梯狀的卡槽(19)，將滑蓋蓋在卡槽(19)上后，滑蓋邊緣(18)正好蓋在槽內(nèi)邊(20)上，滑蓋的背面與槽外邊(21)形成一個(gè)平整的平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于所述振子(13)為一空心球狀結(jié)構(gòu)，且表面有四個(gè)卡槽，振子卡座(12)兩端有限制振子大幅度運(yùn)動(dòng)的卡片，卡槽內(nèi)涂有潤(rùn)滑油，振子(13)與振子卡座(12)并無直接接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于所述振子卡座(12)焊接在傳感器外殼(5)的內(nèi)壁，振子卡座(12)的四個(gè)卡點(diǎn)分別置于振子(13)的四個(gè)卡槽內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于所述膠體(8)將傳輸光纖(6)與不銹鋼筒(10)粘接在一起，所述不銹鋼筒(10)內(nèi)壁與光纖光柵(9)外側(cè)涂覆彈性材料(11)并無接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于所述傳感器內(nèi)部的空隙(16)為真空。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種三分量光纖光柵振動(dòng)傳感器，主要包括基座、外殼、光纖光柵、振子、振子卡座、彈簧等部分，傳感器由三個(gè)相同的振動(dòng)傳感器，互相垂直的固定在傳感器基座上；傳感器外殼由兩部分組成，主體為一盒體結(jié)構(gòu)，該盒體結(jié)構(gòu)五面封閉，有一面開口，另一部分為蓋在盒體結(jié)構(gòu)開口上的滑蓋；外殼的頂端有一圓孔，傳輸光纖與套管由此穿出，外殼內(nèi)有一不銹鋼筒，不銹鋼筒內(nèi)放置涂覆彈性材料的光纖光柵；光纖光柵下端與振子相連，振子置于振子卡座內(nèi)，振子下端通過第二彈簧與傳感器外殼的底端相連。本實(shí)用新型的光柵不再黏貼在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，有效避免了機(jī)械結(jié)構(gòu)本身固有頻率的限制，大大拓寬了傳感器的測(cè)量頻率范圍；本實(shí)用新型能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量相互垂直的三個(gè)方向的振動(dòng)幅度、頻率與加速度，并且能有效防止傳感器超量程損壞。
文檔編號(hào)G01H9/00GK202720046SQ201220408438
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者王靜, 魏廣慶, 施斌, 嚴(yán)珺凡 申請(qǐng)人:蘇州南智傳感科技有限公司