一種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器，屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】。該光纖傳感器包括傳導(dǎo)光纖、光纖光柵、簡(jiǎn)支梁和帶有開口的非金屬保護(hù)外殼；光纖光柵和簡(jiǎn)支梁置于非金屬保護(hù)外殼中，光纖光柵粘貼在簡(jiǎn)支梁上，且光纖光柵的中心點(diǎn)與簡(jiǎn)支梁的中心點(diǎn)對(duì)齊；非金屬保護(hù)外殼的一個(gè)側(cè)壁上開有開口，簡(jiǎn)支梁的一端從開口中穿出，另一端固定在非金屬保護(hù)外殼的另一個(gè)側(cè)壁上。本發(fā)明所述的光纖傳感器不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測(cè)器老化等因素的影響；避免了一般干涉型傳感器中相位測(cè)量的不清晰和對(duì)固有參考點(diǎn)的需要；能方便地使用波分復(fù)用技術(shù)在一根光纖中串接多個(gè)布拉格光柵進(jìn)行分布式測(cè)量，形成一個(gè)分布式的傳感網(wǎng)絡(luò)。
【專利說明】一種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]測(cè)量振動(dòng)位移早期采用杠桿或齒輪/齒條放大，如最初的機(jī)械紀(jì)錄是振動(dòng)表和目前在現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)仍能見到的千分表式振動(dòng)表。這類儀器由于存在磨損、讀數(shù)不便、精度差、振動(dòng)信號(hào)不能傳送等缺點(diǎn)，目前已被淘汰。電器式振動(dòng)表具有集中控制和處理振動(dòng)信號(hào)并且可以將振動(dòng)信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送的特點(diǎn)，因此目前得到了一定使用，但它主要由振動(dòng)傳感器和儀表本體兩個(gè)部分組成。振動(dòng)傳感器把機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),輸入儀表本體進(jìn)行處理后，指示振幅、位相、頻率或頻譜等。因此，在很多場(chǎng)合要求微振動(dòng)的測(cè)量傳感探頭不能帶電，能在電測(cè)干擾的環(huán)境下工作，有一些要求必須是在線檢測(cè)。
[0003]基于上述原因，目前光纖光柵振動(dòng)傳感器成為了研究熱點(diǎn)。例如，在涉及大型發(fā)電機(jī)的場(chǎng)合，由于強(qiáng)大的電磁場(chǎng)環(huán)境，在這種情況下，傳統(tǒng)的傳感器就顯得無(wú)能為力。這就需要研究一種抗強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的新型傳感器。而光纖光柵振動(dòng)傳感的好處在于，測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測(cè)器老化等因素的影響；避免了一般干涉型傳感器中相位測(cè)量的不清晰和對(duì)固有參考點(diǎn)的需要；能方便地使用波分復(fù)用技術(shù)在一根光纖中串接多個(gè)布拉格光柵進(jìn)行分布式測(cè)量，形成一個(gè)分布式的傳感網(wǎng)絡(luò)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器，該傳感器易于組網(wǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的特點(diǎn)，而且檢測(cè)精度高。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0006]—種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器，包括傳導(dǎo)光纖1、光纖光柵3、簡(jiǎn)支梁2和帶有開口的非金屬保護(hù)外殼4 ;光纖光柵3和簡(jiǎn)支梁2置于非金屬保護(hù)外殼4中,光纖光柵3粘貼在簡(jiǎn)支梁2上，且光纖光柵3的中心點(diǎn)與簡(jiǎn)支梁2的中心點(diǎn)7對(duì)齊；非金屬保護(hù)外殼4的一個(gè)側(cè)壁上開有開口 9，簡(jiǎn)支梁2的一端從開口 9中穿出，另一端固定在非金屬保護(hù)外殼4的另一個(gè)側(cè)壁上。
[0007]進(jìn)一步，所述非金屬保護(hù)外殼4上的開口 9的形狀為三角形。
[0008]進(jìn)一步，所述非金屬保護(hù)外殼4上的開口 9的形狀為圓形。
[0009]進(jìn)一步，所述簡(jiǎn)支梁2采用有機(jī)聚合物塑料制成，這樣就具有了很高的彈性和機(jī)械強(qiáng)度。
[0010]進(jìn)一步，采用粘貼固定的方式將簡(jiǎn)支梁2的固定端固定在非金屬保護(hù)外殼4的一個(gè)側(cè)壁上。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述的光纖傳感器不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測(cè)器老化等因素的影響；避免了一般干涉型傳感器中相位測(cè)量的不清晰和對(duì)固有參考點(diǎn)的需要；能方便地使用波分復(fù)用技術(shù)在一根光纖中串接多個(gè)布拉格光柵進(jìn)行分布式測(cè)量，形成一個(gè)分布式的傳感網(wǎng)絡(luò)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為開口形狀為三角形的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為開口形狀為圓形的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，該光纖傳感器，包括傳導(dǎo)光纖1、光纖光柵
3、簡(jiǎn)支梁2和帶有開口的非金屬保護(hù)外殼4 ;光纖光柵3和簡(jiǎn)支梁2置于非金屬保護(hù)外殼4中，光纖光柵3粘貼在簡(jiǎn)支梁2上，且光纖光柵3的中心點(diǎn)與簡(jiǎn)支梁2的中心點(diǎn)對(duì)齊；非金屬保護(hù)外殼4的一個(gè)側(cè)壁上開有開口 9，簡(jiǎn)支梁2的一端從開口 9中穿出，另一端固定在非金屬保護(hù)外殼4的另一個(gè)側(cè) 壁上。
[0019]在本實(shí)施例中，簡(jiǎn)支梁采用一根具有很高彈性和機(jī)械強(qiáng)度的有機(jī)聚合物塑料做成的矩形長(zhǎng)條，將自由伸展?fàn)顟B(tài)的光纖光柵粘貼在上面，光纖光柵的中心與簡(jiǎn)支梁的中心對(duì)齊。
[0020]保護(hù)外殼由非金屬材料制成，保護(hù)外殼的長(zhǎng)度大于光纖光柵的長(zhǎng)度并且小于簡(jiǎn)支梁的長(zhǎng)度；保護(hù)外殼的一面上有一個(gè)開口，使得有機(jī)塑料長(zhǎng)條正好從保護(hù)外殼的這個(gè)開口中穿過，而且開口壁做成楔形5 (三角形)或圓形10來支撐簡(jiǎn)支梁；簡(jiǎn)支梁的一端6粘貼固定在保護(hù)外殼，另一端8可以在開口中伸縮移動(dòng)；簡(jiǎn)支梁的厚度小于保護(hù)外殼中的矩形空間，空間足夠保證簡(jiǎn)支梁可以自由移動(dòng)。
[0021]當(dāng)振動(dòng)靜止時(shí)，光纖傳感器檢測(cè)到的光柵反射光譜有一定的寬度，當(dāng)檢測(cè)到振動(dòng)時(shí)，簡(jiǎn)支梁會(huì)向上先下做周期性的振動(dòng)。簡(jiǎn)支梁向上運(yùn)動(dòng)時(shí)光譜會(huì)變寬，這個(gè)寬度跟向上運(yùn)動(dòng)的高度有關(guān)系，也就是跟振動(dòng)的大小有關(guān)系，跟溫度無(wú)關(guān)。也就是說，光譜的寬度跟振動(dòng)的大小相關(guān)，與溫度無(wú)關(guān)；反之，簡(jiǎn)支梁向下運(yùn)動(dòng)是光譜會(huì)變窄，變窄的量跟振動(dòng)大小有關(guān)系。如果溫度變化，只是光譜中心產(chǎn)生位移，對(duì)光譜的帶寬無(wú)影響。
[0022]具體說明如下:當(dāng)沿梁的軸線方向壓縮簡(jiǎn)支梁時(shí)，簡(jiǎn)支梁產(chǎn)生彎曲，光柵隨之彎曲并被壓縮，從而使布拉格波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。當(dāng)簡(jiǎn)支梁橫向彎曲較小時(shí)，梁的撓度曲線可以近似看作圓弧，相應(yīng)的調(diào)諧量也可以利用圓弧來計(jì)算，這就是圓弧近似法，也叫曲率近似法。
[0023]設(shè)簡(jiǎn)支梁原長(zhǎng)為L(zhǎng)，沿著梁的最初軸線方向(X軸負(fù)方向)縮短長(zhǎng)度為AL，梁彎曲后圓弧的半徑為R，Ah為簡(jiǎn)支梁的橫向彎曲量，Θ為圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角，d為光柵力量中性面的距離。則由圖及材料力學(xué)知識(shí)，我們可以得到如下的公式:
[0024]ε= — = —
R L[0025]由上式我們可以得到光纖光柵應(yīng)變與圓心角的關(guān)系，但由于在實(shí)驗(yàn)過程中無(wú)法做到精確測(cè)量Θ角，也無(wú)法將AL或Ah和波長(zhǎng)調(diào)諧量有效地聯(lián)系起來，因此是只能當(dāng)做原理公式定性的指導(dǎo)，而不能定量計(jì)算，或者只能通過數(shù)值逼近進(jìn)行估算。
[0026]為了能夠便于計(jì)算，可以對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn)。可以得到
【權(quán)利要求】
1.一種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器，其特征在于:所述光纖傳感器包括傳導(dǎo)光纖(I)、光纖光柵(3)、簡(jiǎn)支梁(2)和帶有開口的非金屬保護(hù)外殼(4);光纖光柵(3)和簡(jiǎn)支梁(2)置于非金屬保護(hù)外殼(4)中，光纖光柵(3)粘貼在簡(jiǎn)支梁(2)上,且光纖光柵(3)的中心點(diǎn)與簡(jiǎn)支梁(2)的中心點(diǎn)對(duì)齊；非金屬保護(hù)外殼(4)的一個(gè)側(cè)壁上開有開口(9)，簡(jiǎn)支梁(2)的一端從開口(9)中穿出，另一端固定在非金屬保護(hù)外殼(4)的另一個(gè)側(cè)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器，其特征在于:所述非金屬保護(hù)外殼(4)上的開口(9)的形狀為三角形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器，其特征在于:所述非金屬保護(hù)外殼(4)上的開口(9)的形狀為圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器，其特征在于:所述簡(jiǎn)支梁(2)采用有機(jī)聚合物塑料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)振動(dòng)的光纖傳感器，其特征在于:采用粘貼固定的方式將簡(jiǎn)支梁(2)的固定端固定在非金屬保護(hù)外殼(4)的一個(gè)側(cè)壁上。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK103728009SQ201410027722
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】郭曉金, 黃 俊 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)