[發(fā)明專利]一種耐高溫雙軸光纖光柵振動(dòng)傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811292764.7
• 申請(qǐng)日: 2018-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN109060107B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏鵬;趙一鳴;劉清波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;賈玉忠

1.一種耐高溫雙軸光纖光柵振動(dòng)傳感器，包括密封蓋螺母(1)、密封蓋(2)、質(zhì)量塊(3)、傳感光纖光柵尾纖(4)、傳感光纖光柵柵區(qū)(5)、等強(qiáng)度懸臂梁(6)、縱向等強(qiáng)度懸臂梁固定螺母(7)、連接光纖(8)、殼體(9)、光纖保護(hù)套固定螺母(10)、光纖保護(hù)套(11)、傳感器固定螺母(12)、底座(13)和橫向等強(qiáng)度懸臂梁固定螺母(14)；底座(13)上分別在橫向和縱向設(shè)置等強(qiáng)度懸臂梁(6)；等強(qiáng)度懸臂梁(6)的固定端固定在殼體(9)內(nèi)底座(13)上，等強(qiáng)度懸臂梁(6)的自由端設(shè)置有質(zhì)量塊(3)；傳感光纖光柵柵區(qū)(5)設(shè)置在等強(qiáng)度懸臂梁(6)的梁臂表面；其特征在于：

四個(gè)所述 等強(qiáng)度懸臂梁(6)的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)相同；

所述等強(qiáng)度懸臂梁(6)的空間位置為雙軸對(duì)稱分布，底座(13)上表面的中心為原點(diǎn)，水平方向?yàn)闄M軸，垂直方向?yàn)榭v軸，兩個(gè)橫向設(shè)置的等強(qiáng)度懸臂梁以原點(diǎn)為對(duì)稱中心設(shè)置在底座兩側(cè)，兩個(gè)縱向設(shè)置的等強(qiáng)度懸臂梁以原點(diǎn)為對(duì)稱中心對(duì)稱設(shè)置在底座兩側(cè)；

傳感光纖光柵柵區(qū)(5)包括橫向傳感光纖光柵柵區(qū)和縱向傳感光纖光柵柵區(qū)，所述傳感光纖光柵柵區(qū)粘貼位置為橫向傳感光纖光柵柵區(qū)的軸向與橫軸重合，縱向傳感光纖光柵柵區(qū)的軸向與縱軸重合，橫向設(shè)置的等強(qiáng)度懸臂梁固定端底邊中線與橫軸重合，縱向設(shè)置的等強(qiáng)度懸臂梁固定端底邊中線與縱軸重合，將橫向傳感光纖光柵柵區(qū)粘貼在橫向等強(qiáng)度懸臂梁固定端底邊中線上，將縱向傳感光纖光柵柵區(qū)粘貼在縱向等強(qiáng)度懸臂梁固定端底邊中線上，使用膠水將傳感光纖光柵柵區(qū)粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁表面；

等強(qiáng)度懸臂梁(6)采用高彈性合金制成，等強(qiáng)度懸臂梁(6)的厚度為0.5mm、自由端的寬度為2mm、固定端的寬度為15mm、長度為20mm，質(zhì)量塊(3)的半徑是5mm，厚度是3mm；

使用時(shí)，將該傳感器安裝在被測(cè)物體上，當(dāng)被測(cè)物體發(fā)生振動(dòng)時(shí)，引起殼體(9)內(nèi)每個(gè)方向上質(zhì)量塊(3)的振動(dòng)，在質(zhì)量塊(3)的慣性力作用下，等強(qiáng)度懸臂梁(6)的表面產(chǎn)生拉伸和壓縮，使得粘貼在等強(qiáng)度懸臂梁(6)外表面上的傳感光纖光柵柵區(qū)(5)產(chǎn)生應(yīng)變，最終引起每個(gè)方向上安裝在底座(13)兩側(cè)的每個(gè)傳感光纖光柵柵區(qū)(5)中心波長的漂移，導(dǎo)致每個(gè)光纖光柵反射波長發(fā)生周期性的重疊，引起反射光強(qiáng)也發(fā)生周期性的變化；通過對(duì)反射光強(qiáng)的變化幅度和頻率進(jìn)行檢測(cè)，從而檢測(cè)出被測(cè)物體兩個(gè)方向上的振動(dòng)幅度和頻率；

另外，由于質(zhì)量塊(3)的質(zhì)量將對(duì)耐高溫雙軸光纖光柵振動(dòng)傳感器的靈敏度和自振頻率產(chǎn)生顯著的影響，故可以通過調(diào)節(jié)質(zhì)量塊(3)的質(zhì)量來改變傳感器的靈敏度和自振頻率，等強(qiáng)度懸臂梁(6)的剛度同樣可以決定傳感器的靈敏度和自振頻率，故改變等強(qiáng)度懸臂梁(6)的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)亦可以改變傳感器的靈敏度和自振頻率，耐高溫雙軸光纖光柵振動(dòng)傳感器通過調(diào)節(jié)質(zhì)量塊(3)的質(zhì)量或改變等強(qiáng)度懸臂梁(6)的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)來改變耐高溫雙軸光纖光柵振動(dòng)傳感器的靈敏度和自振頻率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫雙軸光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于：光纖光柵振動(dòng)傳感器的粘貼方式采取柵區(qū)兩側(cè)用耐高溫陶瓷膠粘貼固定，柵區(qū)用耐高溫樹脂混合膠粘貼，粘貼在同一方向的兩個(gè)傳感光纖光柵串接在一起，兩個(gè)傳感光纖光柵的尾纖從其柵區(qū)的軸向方向兩端的金屬保護(hù)套管輸出。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫雙軸光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于：橫向傳感光纖光柵柵區(qū)中心波長相同，縱向傳感光纖光柵柵區(qū)中心波長相同，橫向傳感光纖光柵柵區(qū)與縱向傳感光纖光柵柵區(qū)中心波長不同。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫雙軸光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于：傳感光纖光柵柵區(qū)(5)使用光纖飛秒激光器逐點(diǎn)法刻寫，柵區(qū)長度是4.7mm，反射率大于75％，3dB帶寬大于0.365nm，傳感光纖光柵的涂覆層使用聚酰亞胺涂覆。