[發明專利]一種基于慣性原理的光纖光柵扭振傳感器

有效

• 申請號: 201710709744.4
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107561313B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 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: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03;G01H9/00
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 王丹

本發明的目的是提供一種基于慣性原理的光纖光柵扭振傳感器，包括基體、兩個組合件和四個光纖光柵，基體包括軸環、兩個光纖固定環和兩個連接板，組合件包括依次連接的底座、等截面梁和質量塊，兩個組合件的底座分別固定在軸環外圓上，兩個組合件的質量塊分別位于光纖固定環端部之間的間隙內，兩根光纖分別穿過兩個質量塊上的通孔并通過質量塊兩側的光纖固定環端部上的封裝槽固定，四個光柵懸置在質量塊和封裝槽之間。該傳感器利用慣性原理來測量扭轉振動角加速度，結構簡單、安裝方便，能夠消除旋轉軸軸向振動和橫向振動對扭振測量的干擾，具有溫度自補償功能。

技術領域

本發明屬于振動測量領域，具體涉及一種基于慣性原理的光纖光柵扭振傳感器。

背景技術

機械振動一般有三種表現形式，分別是軸向振動、橫向振動和扭轉振動。其中，扭振是旋轉機械振動的常見振動形式，旋轉軸在工作的時候會受到主動力矩(輸入力矩)和負載力矩(輸出力矩)，在兩種力矩作用下，旋轉軸會受到扭轉變形，軸上不同部位會有相對轉動，當這兩種力矩平衡時，扭轉變形保持不變，軸上各部位的相對扭轉角保持不變，但實際上，兩力矩的合力矩不為零，而是在小范圍波動，這使得軸產生繞軸線的扭轉振動，具體的表現為，軸上不同位置的相對扭轉角在平衡值附近變化，即軸上不同部位有不斷變化的相對轉動，則軸上某一部位的角速度為勻速轉動角速度和扭振引起的繞軸線來回扭轉的角速度的疊加，軸上某一部位的角加速度即為扭振引起的繞軸線來回扭轉的角加速度。

目前有許多扭振傳感器是通過測量軸的角加速度的變化來表征扭振信號，這類傳感器主要是將加速度計或慣性測量裝置等安裝在軸上，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，通過有線或集流環的方式傳輸布線繁瑣，且在高速下容易使得信號失真，通過無線電傳輸則容易受到電磁干擾。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于慣性原理的光纖光柵扭振傳感器，該傳感器利用慣性原理來測量扭轉振動角加速度，結構簡單、安裝方便，能夠消除旋轉軸軸向振動和橫向振動對扭振測量的干擾，具有溫度自補償功能。

本發明所采用的技術方案是：

一種基于慣性原理的光纖光柵扭振傳感器，包括基體、兩個組合件和四個光纖光柵，基體包括用于與旋轉軸配合的軸環、兩個與軸環同心且相互對稱的光纖固定環和兩個連接板，兩個連接板在一條直線上且一端與軸環外圓連接、另一端與光纖固定環自身中點連接，組合件包括依次連接的底座、等截面梁和質量塊，兩個組合件在一條直線上形成兩個光纖固定環的對稱中心，兩個組合件的底座分別固定在軸環外圓上，兩個組合件的質量塊分別位于光纖固定環端部之間的間隙內，兩根垂直于組合件且預緊力相同的光纖分別穿過兩個質量塊上的通孔并通過質量塊兩側的光纖固定環端部上的封裝槽固定，四個光柵懸置在質量塊和封裝槽之間。

進一步地，基體的材質為剛度較大的硬質金屬材料。

進一步地，等截面梁的截面為矩形。

進一步地，底座分別固定在軸環外圓的兩個凸臺上，底座與凸臺通過螺釘固定在一起。

本發明的有益效果是：

將該傳感器安裝在旋轉軸上，傳感器隨旋轉軸一起轉動，當旋轉軸有扭轉振動時，由于慣性，質量塊對等截面梁產生作用力使其發生彎曲變形，位于等截面梁頂端的質量塊便有微小位移，這引起質量塊兩端的光纖光柵拉伸或壓縮，光纖光柵的應變發生改變，其波長發生漂移，通過檢測光纖光柵的波長漂移量便可獲得扭振引起的角加速度值。該傳感器利用慣性原理來測量扭轉振動角加速度，結構簡單、安裝方便，引入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，能夠消除旋轉軸軸向振動和橫向振動對扭振測量的干擾；具有溫度自補償功能。

附圖說明

圖1是本發明實施例的軸視圖。

圖2是本發明實施例的正視圖。

圖3是本發明實施例中基體的三維結構示意圖。