[發明專利]一種切向式光纖光柵扭振傳感器

有效

• 申請號: 201710144462.4
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106969823B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 魏莉;王兢兢;劉芹
• 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

本發明涉及一種切向式光纖光柵扭振傳感器，包括能夠安裝在旋轉軸上的殼體，殼體垂直于軸心的平面上設有四個立柱和兩個限位槽，四個立柱相連能夠形成矩形，矩形的幾何中心位于旋轉軸的軸心，兩個限位槽分別位于矩形一對平行邊的兩個中點上，兩個限位槽內分別設有兩個質量球，一根光纖不與限位槽干涉的同時緊密的穿過兩個質量球的球心，光纖以一定預緊力固定在四個立柱上使質量球均空懸在限位槽內，光纖在限位槽和立柱之間的四個部位上分別設有四個光纖光柵。該傳感器能夠排除徑向振動對扭振測量的干擾、具有溫度補償的效果、精確測量扭振、抗電磁干擾、體積小、成本低。

技術領域

本發明屬于機械振動測量技術領域，具體涉及一種切向式光纖光柵扭振傳感器。

背景技術

在各類回轉機械中，軸的扭轉振動(扭振)是一種重要振動形式。扭振是由于作用在軸上的扭矩隨時間變化而產生的旋轉振動，扭振引起的扭轉應力變化的積累往往會造成突發性的事故，通過扭振信號來監測主軸的運行狀態不僅可以防止災害事故的發生還可以對軸及其相關部件進行損傷檢測和故障診斷。

測量扭振的方法有直接法和間接法兩類，直接法就是直接感測軸的扭振，有接觸測量和非接觸測量，接觸測量主要是將傳感器(應變片、加速度計和編碼器等)安裝在軸上，測量信號可以通過集流環或有線、無線電發訊等方式傳輸到儀器上，非接觸測量主要有測齒法、紅外法和激光法等，這些方法無須在軸上安裝傳感器，利用非接觸方式感測軸的扭振，或者通過傳感器或直接用傳感器產生脈沖，脈沖的時間間隔反映了軸的瞬時角速度的大小，從而獲得扭振信息，間接法主要是通過測量與扭振有關的其他物理量來得到扭振信息，如定子電流法等。但是，接觸測量存在信號傳輸困難、抗電磁干擾能力差等問題，非接觸測量對實驗設備精度要求非常高，一般很難達到測量精度要求，間接法測量精度達不到要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種切向式光纖光柵扭振傳感器，該傳感器能夠排除徑向振動對扭振測量的干擾、具有溫度補償的效果、精確測量扭振、抗電磁干擾、體積小、成本低。

本發明所采用的技術方案是：

一種切向式光纖光柵扭振傳感器，包括能夠安裝在旋轉軸上的殼體，殼體垂直于軸心的平面上設有四個立柱和兩個限位槽，四個立柱相連能夠形成矩形，矩形的幾何中心位于旋轉軸的軸心，兩個限位槽分別位于矩形一對平行邊的兩個中點上，兩個限位槽內分別設有兩個質量球，一根光纖不與限位槽干涉的同時緊密的穿過兩個質量球的球心，光纖以一定預緊力固定在四個立柱上使質量球均空懸在限位槽內，光纖在限位槽和立柱之間的四個部位上分別設有四個光纖光柵。

進一步地，殼體包括內盤和可拆卸的套在內盤上的外殼，四個立柱和兩個限位槽設在內盤的內側，外殼上設有與旋轉軸配合的安裝孔，內盤上設有大于旋轉軸的開孔，光纖的末端通過開孔伸出。

進一步地，外殼通過螺紋套在內盤上。

進一步地，質量球材料采用高密度金屬。

進一步地，質量球材料為銅。

本發明的有益效果是：

測量時將本發明安裝在旋轉軸上，當旋轉軸有扭轉振動時，沿軸切向布置的兩對質量球-光纖光柵的受力發生改變(參見圖7受力分析圖)，建立質量球所受作用力的相互關系，通過差分得到扭振引起的加速度與光纖光柵應變的關系，進而建立起加速度與光纖光柵波長漂移量之間的關系，從而得到扭振信號。本發明不僅能夠排除徑向振動對扭振測量的干擾，還具有溫度補償的效果，可以精確地測量扭振，本發明采用光纖光柵作為傳感元件，具有抗電磁干擾、體積小、成本低等優點。

附圖說明

圖1是本發明實施例的三維外觀示意圖。

圖2是本發明實施例的剖面圖。

圖3是本發明實施例中內盤的俯視圖。

圖4是圖3中A-A的剖視圖。