[發(fā)明專利]扭轉參量感測光纖傳感裝置

無效

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• 申請日: 2010-04-19
• 公開（公告）號: CN102221374A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設計）人: 杜兵;杜蔚;杜迎濤
• 申請（專利權）人: 西安金和光學科技有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01B11/26;G01L1/24;G01L3/00;G02B6/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于傳感器技術領域，特別是利用光纖進行扭轉參量傳感，能夠對扭轉參量(扭角、扭矩或扭應力)進行高精度測定的光纖傳感裝置。

背景技術

在機械傳動系統(tǒng)中，扭轉參量是反映生產設備系統(tǒng)性能的最典型機械量之一，扭轉參量測量及分析是保證各種生產及輔助設備安全正常運行，節(jié)省能源，提高系統(tǒng)效率的重要手段。提高扭轉參量測量的準確性、扭轉參量監(jiān)測和控制的實時性以及扭轉參量異常分析的可靠性，是減少事故發(fā)生、使生產正常進行的重要手段。

隨著科學技術的進步和生產的發(fā)展，扭轉參量測量技術有著廣闊的應用前景。同時，對扭轉參量的監(jiān)測也提出了越來越高的要求：由靜態(tài)測試轉向動態(tài)在線檢測；由間接測量轉向直接測量；由單功能轉向多功能，包括自補償、自修正、自適應、自診斷、遠程設定、狀態(tài)組合、信息存儲和記憶：要求系統(tǒng)微型化、數(shù)字化、智能化、虛擬化和網絡化；要求扭矩的檢測與動力裝置的控制相結合，達到轉速、扭轉參量、輸出功率的優(yōu)化配置。

目前的扭轉參量傳感器，主要有應變式，磁電相位式，光電式等幾種。他們存在著須專用彈性軸，安裝要兩只聯(lián)軸器，結構復雜，彈性軸扭轉應變量小，影響靈敏度等缺點。另外，在扭轉參量傳感器的設計中，主要的問題在于敏感元件的制造，選擇，安裝等。通常所用的扭轉參量傳感器采用壓電石英晶片作為測量元件，這種傳感器所需壓電石英晶片數(shù)量多，晶片的高度和接觸面的平面度、粗糙度要求相當嚴格，加工難度大，工藝要求高。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)測量方法中測試麻煩，復雜，精確度不高的缺陷，發(fā)明一種新的光纖扭矩參量測量裝置，該裝置使測量操作簡便，成本低，精度提高，測量范圍擴大，并抗電磁干擾。該方法具有高測量精度、優(yōu)越的全光性、絕緣性、防爆性、抗電磁干擾、耐高溫性等特點。適合于高溫下及有爆炸危險和有強電磁干擾等惡劣環(huán)境下大型機械的傳動系統(tǒng)動態(tài)特性測量。具有非常廣闊的應用前景。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種扭轉參量感測光纖傳感裝置，其特征在于：包含螺旋形殼體以及沿螺旋形殼體縱向連續(xù)布設在所述螺旋形殼體內部相對兩側的多個A側變形齒和多個B側變形齒，至少螺旋形殼體的一端固定于待測物體上，布設在螺旋形殼體內部的A側變形齒和B側變形齒之間的相對位置隨著待測物體扭轉參量的變化而改變，所述A側變形齒和B側變形齒呈交錯布設，且在二者的變形齒間夾有信號光纖，A側變形齒和B側變形齒對應布設在信號光纖兩側，傳輸光纖將信號光纖與測試單元連接，測試單元后面接處理單元。

當螺旋形殼體在待測物體的扭轉下兩端位置變化時，則沿螺旋形殼體縱向連續(xù)布設在所述螺旋形殼體內部相對兩側的多個A側變形齒和多個B側變形齒之間的位置改變，從而使夾在兩者變形齒間的信號光纖的彎曲曲率減小或增大而導致信號光纖中傳輸?shù)墓?!-- SIPO -->信號的功率增大或減少，信號光纖通過傳輸光纖與測試單元連接，從而使測試單元探測到光信號功率的變化，測試單元可以是光源和光功率計；處理單元通過光信號功率的變化以及待測物的扭轉物理常數(shù)得出相應的扭轉參量，達到對待測物體扭轉參量測定的目的。

本發(fā)明的光纖傳感裝置解決進一步技術問題的方案是：所述的螺旋形殼體內部布設有變形齒的相對A、B兩側是互相平行的，并同時與待測物體的扭轉軸心平行，則A側與B側相對于待測物體的扭轉軸心有不同的距離，當待測物體扭轉時，至少有一端固定于待測物體上的螺旋形殼體內部的A、B兩側也需要在扭轉相同的角度下伸長或縮短，但A、B兩側相對于扭轉軸心的距離不同，則距扭轉軸心距離遠的一側需要伸長或縮短的長度更多，而在沒有其他外力的幫助下是做不到的，這時距扭轉軸心距離遠的一側就會向距扭轉軸心距離近的一側靠近或疏遠，從而使布設在螺旋形殼體內部的A側變形齒和B側變形齒之間的相對距離減小或增大，并導致在二者的變形齒間夾有信號光纖的彎曲曲率的變化，并使信號光纖內部傳輸?shù)墓庑盘柟β实淖兓?，測試單元將光信號功率的變化傳輸給處理單元，處理單元推算出扭轉參量的變化大小。

本發(fā)明的光纖傳感裝置解決進一步技術問題的方案是：所述的螺旋形殼體是平面卷簧狀。

本發(fā)明的光纖傳感裝置解決進一步技術問題的方案是：所述的螺旋形殼體的A側和B側之間由彈性材料連接，彈性材料可以是高分子材料、波簧等材料構成，彈性材料在有外力作用時有更大的變形，所以當螺旋形殼體兩端位置變化時，使A側的變形齒和B側的變形齒之間的相對位置會有精細的變化。

本發(fā)明的光纖傳感裝置解決進一步技術問題的方案是：所述的螺旋形殼體的A側和B側之間除了在螺旋形殼體的兩端處連接外，螺旋形殼體中間部位的A側和B側之間沒有連接。