[發明專利]一種聯接結合面微動位移的測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201310024260.8
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103115572B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 趙登峰;曾國英;宋丹路;熊平;黃娟
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術領域

本發明涉及一種利用激光的光纖端面自反射干涉原理，測量聯接結合面的微小振動位移的測量裝置和測量方法，適用于工程結構中聯接環節的聯接狀態監測。

背景技術

聯結環節廣泛存在于各種工程結構之中。復雜振動環境下的長期工作，常常造成聯結狀態的改變，任其發展就將可能導致聯結失效，甚至釀成重大事故。因而，直接測量振動環境中聯接結合面的相對微幅振動響應信號，并進行有效的分析處理，對工程結構的健康運行，預防聯接失效具有重要意義。

正常聯接狀態下結合面的相對位移極小，僅有數納米（接近失效狀態時該位移可增加到數微米）。一般的位移測量方法難以對其進行動態測量，更何況結合面還是處于封閉狀態，這更增加了直接測量的困難。在目前的聯接狀態監測中，普遍采用普通振動測量方法測量聯接環節附近的振動信號，間接獲得聯接狀態信息的方法進行聯接狀態的監測。此類測量方法不可避免地受到結構中與聯接狀態無關的其他因素的影響。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種利用激光的光纖端面自反射干涉原理，測量聯接結合面的微小振動位移的測量裝置及其測量方法，實現復雜振動環境下聯接結合面微幅振動位移的直接精確測量，適用于工程結構中重要聯接環節的實時監控，預防因聯接失效而引發的惡性事故；該測量裝置及其測量方法，測量精度高，對環境的適應能力強，能在高壓、高溫、腐蝕等惡劣環境中工作，特別是在微小動態位移測量中還具有動態范圍寬、反應靈敏等優勢，非常適合于聯接結合面接觸狀態的動態監測。

本發明采用的技術方案如下：

本發明的聯接結合面微動位移的測量裝置，包括激光器，所述激光器通過光纖連接有若干分支器，每個分支器都通過光纖與環形器連接，所述環形器通過光纖分別連接有激光探測器和測量頭，其中測量頭置于測量孔內聯接結合面一側的零件上，在測量孔內聯接結合面的另一側的零件上設有反光頭，所述測量頭與反光頭相互配對。

與現有技術相比，本發明中的激光器主要用于產生測量所需的單色激光；若干個分支器，主要用于等分激光器發出的激光為若干路入射激光，可同時多路監測多處聯接環節；每一路入射激光經過光纖連接到環形器，環形器主要阻止激光逆向傳播，避免干擾激光器工作；每一路入射激光離開環形器之后，經過光纖連接到的測量頭，測量頭置于測量孔內聯接結合面一側的零件上，使一部分入射激光由測量頭的端面反射，形成了第一路反射激光；其中測量頭與反光頭相互配對，使另一部分入射激光射出光纖，照射的反光頭上，反光頭再一次進入光纖，形成第二路反射激光，該反光頭設置于測量孔內聯接結合面的另一側的零件上，當聯接環節的結合面相對振動，產生微動位移時，第二路反射激光與第一路反射激光的相位差會隨著振動位移而變化，兩路反射激光離開專用測量頭，經過原來的光纖傳至環形器，再經環形器上連接的激光探測器傳出，將其干涉信號轉換為電信號，濾波并放大之后輸出，供進一步采集、分析和顯示。本發明的測量聯接結合面的微小振動位移的測量裝置，利用激光的光纖端面自反射干涉原理，實現復雜振動環境下聯接結合面微幅振動位移的直接精確測量，適用于工程結構中重要聯接環節的實時監控，預防因聯接失效而引發的惡性事故；該測量裝置，測量精度高，對環境的適應能力強，能在高壓、高溫、腐蝕等惡劣環境中工作，特別是在微小動態位移測量中還具有動態范圍寬、反應靈敏等優勢，非常適合于聯接結合面接觸狀態的動態監測。本發明直接探測結合面的相對位移，避免了其他間接物理量進行狀態監測所帶來的干擾因素。

本發明的聯接結合面微動位移的測量裝置，所述測量頭包括可固定于檢測孔內的測量頭殼體，在測量頭殼體中設有金屬光纖插針和自聚焦透鏡，所述自聚焦透鏡位于測量頭的前端端部處，所述金屬光纖插針中心穿有引出尾纖。

與現有技術相比，本發明中的測量頭由測量頭殼體、自聚焦透鏡和金屬光纖插針三部分粘接而成，測量頭殼體起著固定自聚焦透鏡和金屬光纖插針的作用；自聚焦透鏡能將從光纖來的入射光線變成較大光束的平行光，并照射到反光頭的反光面，同時，能接收反光面的反射光線，并將其耦合入光纖，起著增強信號強度的作用。

本發明的聯接結合面微動位移的測量裝置，所述反光頭被微調螺釘限于測量孔內，所述微調螺釘連接于測量孔的內壁上，所述反光頭采用不銹鋼材料制成，其中反光頭的反光面粗糙度小于0.4微米。