專利名稱：大型旋轉體狀態(tài)在線監(jiān)測的光纖光柵傳感裝置的制作方法
專利說明 技術領域 本實用新型涉及一種大型旋轉體狀態(tài)在線監(jiān)測的光纖光柵傳感裝置，主要用于機械中旋轉體的運行狀態(tài)的非接觸實時在線的檢測，屬于傳感器技術領域。
技術背景 旋轉機械的工作狀況關系到整個機械裝備的正常運行，特別是對大型高速旋轉機械的關鍵部位的應力、應變、振動及溫度等狀態(tài)的實時監(jiān)測，對安全生產(chǎn)十分必要。長期以來，旋轉機械運行狀態(tài)的在線監(jiān)測一直未能得到解決，因此本實用新型對于旋轉機械運行狀態(tài)的在線監(jiān)測具有重大意義。有效而又完善的監(jiān)測系統(tǒng)可以判斷旋轉體的工作狀態(tài)，在線掌握旋轉體相關物理量的變化趨勢，定位故障所在，以便及時排除故障，并提出相應維護決策與措施，從而延長旋轉體使用壽命，避免重大事故的發(fā)生。
由于旋轉體的旋轉，若采用傳輸線導出信號，可能導致傳輸線與旋轉體或者旋轉軸纏繞，因此，如何將信號導出并且對旋轉體的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測成為技術瓶頸。傳統(tǒng)的旋轉體運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)是采用無線發(fā)射接收模塊將旋轉體運行狀態(tài)信號導出。該方法雖然解決了信號的導出問題，但對結構產(chǎn)生破壞，例如檢測直升機旋翼的壓力，首先是在旋翼上鉆孔，然后將壓力傳感器放入孔中在進行測量，然而這樣卻破壞了旋翼原有的應力結構分布，也難以實現(xiàn)準確的壓力測量，由此還帶來巨額的投資。另外這種結構因受使用環(huán)境所限制，電磁干擾大，不適宜較潮濕的環(huán)境下工作，由于無線發(fā)射模塊需要電源，所以需要經(jīng)常更換電池，因此不適合長期實時安全監(jiān)測。為了解決上述問題，在2001年第3期的《航空工程與維修》中，中國民航飛行學院發(fā)表一篇文章中指出采用Chadwick Helmuth公司生產(chǎn)的135M-12型電子閃頻儀測量螺旋槳振動的方法，這種方法不用破壞機翼的的本身，而是用振動值來檢測。具體方法是將靶標粘貼在螺旋槳葉根部，地面開車后，轉速分別在1200r/min和2000r/min，在螺旋槳正前方20m處，用照射燈照射靶標，調(diào)節(jié)該裝置在相應轉速中，待靶標的反射亮點穩(wěn)定后，從指示儀表上讀出振動值，由此可以掌握螺旋槳的振動程度和振動數(shù)據(jù)，該方法雖然解決了破壞問題，但由于采用傳輸信號仍然容易受到電磁干擾，另外不能實現(xiàn)實時監(jiān)測。又如，在2001年第2期的《直升機技術》和2002年第5期的《振動工程學報》中，南京理工大學和南京航空航天大學振動所也提出根據(jù)機體振動幅值頻譜來識別旋翼故障類型和程度，他采用神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)完成機體振動幅值頻譜來識別旋翼故障類型和故障程度之間的映射關系，來達到檢測的目的。但是該方法組建神經(jīng)網(wǎng)絡進行運算較為繁瑣，這種間接的方式不可能準確地掌握運行狀態(tài)，另外所用光電傳感器容易受到電磁干擾。
本實用新型的目的是利用光纖光柵傳感技術提供一種非接觸實時在線的檢測的裝置，它具有結構簡單、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好并在旋轉體運行狀態(tài)中進行非接觸監(jiān)測。
實用新型內(nèi)容 本實用新型所提出的旋轉機械運行狀態(tài)的光纖光柵傳感檢測裝置不同于已有技術的是，該實用新型采用一對準直器實現(xiàn)旋轉體運行狀態(tài)的非接觸測量，從而避免了采用傳輸線導致傳輸線與旋轉體或旋轉軸纏繞的問題，又因為所采用的光纖光柵傳感器為無源器件，從而避免了安裝在旋轉體上的無線模塊能源耗盡從而導致系統(tǒng)無法正常運行的弊端，另外該實用新型所采用的光纖光柵傳感器是檢測光波長變化，其傳感的物理量由光波長表征，不受傳輸光強變化的影響，從而從根本上解決旋轉機械中旋轉體的在線狀態(tài)非接觸監(jiān)測的技術難題。
該裝置是利用粘貼或埋入的方式，將光纖光柵傳感器固定在旋轉體上，以檢測旋轉體的運行狀態(tài)(如應力，應變，振動，溫度等)。在該裝置中，光源發(fā)出的光經(jīng)過Y型耦合器和傳輸光纖進入前準直器，一個準直器與Y型耦合器連接，并固定于支撐架上，稱為前準直器；另一個準直器固定在電機主軸上，與光纖光柵相連，稱為后準直器，通過調(diào)節(jié)支撐架前準直器和后準直器很好的耦合，從而使光能耦合效率最高，也實現(xiàn)將旋轉體運行狀態(tài)轉化為傳感光柵反射光波長的改變的非接觸測量，經(jīng)過準直器聚焦后的光通過傳輸光纖，進入光纖光柵傳感器。當旋轉物體運行狀態(tài)穩(wěn)定時，傳感光柵反射回的光波是恒定的；當旋轉物體運行狀態(tài)發(fā)生改變時，傳感光柵反射回的光波長將發(fā)生相應的變化，傳感光柵的波長信息被送入光纖光柵解調(diào)器進行分析處理以實現(xiàn)對旋轉體的在線運行狀態(tài)的監(jiān)測。
該裝置也可以將幾個光纖光柵傳感器同時固定在旋轉體的不同位置，通過對多路信號解調(diào)，從而可以實現(xiàn)旋轉體多場、多參量的分布測量。且光纖本身重量極輕，傳感器的粘貼技術難題也已經(jīng)解決，因此不會對旋轉體的結構產(chǎn)生任何影響。
本實用新型設計的用于檢測旋轉體運行狀態(tài)的光纖光柵傳感裝置是一種非接觸的無源測量裝置，該裝置中光源1、光纖光柵解調(diào)器2分別和Y型耦合器3相連接，Y型耦合器3另一端通過傳輸光纖4與前準直器6相連接，并固定于支撐架5上，；后準直器7固定在電機主軸12上，與光纖光柵傳感器10相連。通過調(diào)節(jié)支撐架5，使前準直器6和后準直器7很好的耦合，從而使光能耦合效率最高，以減少損耗。光纖光柵傳感器10固定于旋轉體上8，當旋轉體8運行狀態(tài)發(fā)生改變時，會引起傳感光柵柵距的變化，從而導致傳感光柵反射光波長發(fā)生漂移，反射光又經(jīng)過傳輸光纖、后準直器、前準直器、Y型耦合器進入數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)進行信號分析。
本實用新型相對于傳統(tǒng)的檢測旋轉體運行狀態(tài)的傳感器最大的特點是無源以及非接觸測量，傳輸信號不受光強變化的影響，另外其結構簡單，安裝方便，測量穩(wěn)定性高，靈敏度和精確度也極大提高；而且動態(tài)性能好，能測量旋轉體運行狀況的瞬態(tài)變化。由于本實用新型采用的傳感器是光纖光柵傳感器，屬于光學傳感器，因此該系統(tǒng)不受電磁干擾，可靠性穩(wěn)定性較好。

圖1.檢測旋轉機械運行狀態(tài)的光纖光柵傳感檢測方法與裝置工作原理圖 圖2.旋轉物體運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)主視圖 其中1-光源、2-光纖光柵解調(diào)器、3-Y型耦合器、4-傳輸光纖、5-支撐架、6-前準直器、7-后準直器、8-旋轉物體、9-傳輸光纖、10-光纖光柵傳感器、11-電機、12-電機主軸。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步描述。
如圖1、2所示，本實用新型檢測旋轉機械運行狀態(tài)的光纖光柵傳感檢測裝置主要包括光源1、光纖光柵解調(diào)器2、Y型耦合器3、傳輸光纖4、支撐架5、前準直器6、后準直器7、旋轉物體8、傳輸光纖9、光纖光柵傳感器10、電機11、電機主軸12、檢測時將光纖光柵傳感器10和傳輸光纖9粘貼或埋入在旋轉體8上，當旋轉體8運行狀態(tài)發(fā)生改變時，會引起傳感光柵柵距的變化，從而導致傳感光柵反射光波長發(fā)生漂移，反射光又經(jīng)過傳輸光纖4后準光源發(fā)出的光經(jīng)過Y型耦合器3和傳輸光纖4進入前準直器6，前準直器和后準直器很好的耦合，從而使光能耦合效率最高，后準直器7固定于電機主軸12上，隨電機主軸12一起旋轉，后準直器7、旋轉物體8、傳輸光纖9、光纖光柵傳感器10和電機主軸12具有相同的角速度。由于前準直器6和后準直器7能很好的耦合，保證光的傳輸，且不受任何干擾。
權利要求1.一種檢測旋轉機械運行狀態(tài)的光纖光柵傳感檢測裝置其特征在于該裝置包括光源(1)、光 纖光柵解調(diào)器(2)、Y型耦合器(3)、傳輸光纖(4)、支撐架(5)、前準直器(6)、后準直器(7)、旋轉物體(8)、傳輸光纖(9)、光纖光柵傳感器(10)、電機(11)、電機主軸(12)，光源(1)、光纖光柵解調(diào)器(2)一端與Y型耦合器(3)相連接，Y型耦合器(3)另一端通過傳輸光纖(4)與前準直器(6)相連接，并固定于支撐架(5)上，后準直器(7)固定在電機主軸(12)上，光纖光柵傳感器(10)和傳輸光纖(9)粘貼或埋入在旋轉體(8)上，傳輸光纖(9)和光纖光柵傳感器(10)串接在一起，隨電機主軸(12)一起旋轉，并具有相同的角速度。
專利摘要大型旋轉體狀態(tài)在線監(jiān)測的光纖光柵傳感裝置，采用一種非接觸的無源測量裝置，該裝置中光源1、光纖光柵解調(diào)器2分別和Y型耦合器3相連接，Y型耦合器3另一端通過傳輸光纖4與前準直器6相連接，并固定于支撐架5上，后準直器7固定在電機主軸12上，與光纖光柵傳感器10相連。通過調(diào)節(jié)支撐架5，使前準直器6和后準直器7很好的耦合，從而使光能耦合效率最高，以減少損耗。光纖光柵傳感器10固定于旋轉體上8，當旋轉體8運行狀態(tài)發(fā)生改變時，會引起傳感光柵柵距的變化，從而導致傳感光柵反射光波長發(fā)生漂移，反射光又經(jīng)過傳輸光纖、后準直器、前準直器、Y型耦合器進入數(shù)據(jù)分析處理裝置并進行信號分析與處理。
文檔編號G01M99/00GK201037812SQ20072008482
公開日2008年3月19日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權日2007年5月23日
發(fā)明者周祖德, 泉 劉, 姜德生, 珩 戴, 許儒泉, 甘維兵, 陸竟曉 申請人:武漢理工大學