[發明專利]基于光纖光柵的扭轉振動傳感器及扭轉振動測量方法

有效

• 申請號: 201611108077.6
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106768271B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 魏莉;王兢兢;李瑞亞
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

本發明提供一種基于光纖光柵的扭轉振動傳感器，它包括：底座，用于與待測物體固定連接；轉動裝置，用于與底座發生相對轉動，且轉動裝置的轉動軸心與待測物體的轉動軸心在同一條直線上；扭簧，扭簧的兩端分別與底座和轉動裝置連接，且扭簧的軸心與轉動裝置的轉動軸心相同；殼體，套在所述的轉動裝置和扭簧之外，與所述的底座固定連接；以及帶有光柵的光纖，光纖上設有分別與轉動裝置和殼體固定的固定點，固定點使得光柵懸置于殼體和轉動裝置之間。本發明提供的扭簧、底座、轉動盤的組合，利用慣性原理測量扭振信號，與傳統的利用位移傳感器的測量方法不同，具有結構緊湊、成本低、性能穩定、靈敏度高的優點。

技術領域

本發明涉及扭轉振動傳感測量技術，尤其涉及基于光纖光柵的扭轉振動傳感器及扭轉振動測量方法。

背景技術

傳統的測量扭振的方法一般有兩種，接觸法和非接觸法。接觸法是將多個應變片與軸線45°方向貼在軸上作為敏感元件，測量剪應變隨時間的變化來反映扭振的變化，該方法具有較高的靈敏度和較寬的頻響范圍，但操作復雜耗時，信號傳輸難度較大，而且不能測量軸的剛體扭振。非接觸法一般是在軸上安裝齒輪、碼盤等等分結構，利用位移傳感器測量等分結構經過測點的時間變化來反映扭振的變化，扭振信號存在于脈沖信號的相位中，要經過鑒相器解調方可獲得。該方法要求軸上有嚴格的等分機構，一般旋轉軸扭振信號微弱，信號的提取和分析工作十分復雜，難以保證準確度。

光纖光柵具有體積小、重量輕、抗電磁干擾能力強、一線多點、無源多場等優點，將其應用到旋轉機械扭振測量中將會帶來許多優勢。目前，各種基于光纖光柵的振動測量的傳感器大量出現，也正說明了其應用的潛力。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種基于光纖光柵的扭轉振動傳感器及扭轉振動測量方法，能夠精確測量扭振角速度。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種基于光纖光柵的扭轉振動傳感器，其特征在于：它包括：

底座，用于與待測物體固定連接；

轉動裝置，用于與底座發生相對轉動，且轉動裝置的轉動軸心與待測物體的轉動軸心在同一條直線上；

扭簧，扭簧的兩端分別與底座和轉動裝置連接，且扭簧的軸心與轉動裝置的轉動軸心相同；

殼體，套在所述的轉動裝置和扭簧之外，與所述的底座固定連接；以及

帶有光柵的光纖，光纖上設有分別與轉動裝置和殼體固定的固定點，固定點使得光柵懸置于殼體和轉動裝置之間。

按上述方案，所述的底座上設有空心軸，所述的扭簧套在空心軸上，所述的轉動裝置與空心軸嵌套連接。

按上述方案，所述的轉動裝置包括上下固定連接的轉動盤和彈簧內套，扭簧一端的臂桿與彈簧內套固定連接。

按上述方案，所述的彈簧內套由第一連接盤和軸套構成；第一連接盤上設有用于與所述的轉動盤連接的通孔，以及用于與扭簧固定連接的定位孔；軸套嵌套在所述的空心軸中。

按上述方案，所述的軸套為中空結構。

按上述方案，所述的轉動盤由第二連接盤和凸起構成；第二連接盤上設有用于與所述的彈簧內套連接的螺紋孔；凸起位于轉動盤的中心，且凸起上設有用于固定光纖的凹槽。

按上述方案，所述的殼體包括中間殼和蓋子；中間殼上設有用于固定光纖的平臺，平臺與所述的凹槽位于同一平面；蓋子上設有供光纖引出的引出孔。

按上述方案，所述的凸起為圓柱體，所述的凹槽沿圓柱體的周向開設；所述的光柵為2個，2個光柵之間的光纖繞在所述的凹槽中并固定，且光纖繞出凹槽時與凹槽表面相切。