[發(fā)明專利]一種微型耐高溫光纖法珀振動傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111094097.3
• 申請日: 2021-09-17
• 公開（公告）號: CN113624328A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳建君;王寧;朱永;劉松香
• 申請（專利權(quán)）人: 西華師范大學(xué)
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51239
• 代理人: 吳桐

一種微型耐高溫光纖法珀振動傳感器，包括耐高溫外殼，耐高溫外殼內(nèi)布置有基底反射部和振動敏感部，基底反射部包括固定基底和由固定基底的上側(cè)面貫穿至豎直側(cè)面的弧形光波導(dǎo)，弧形光波導(dǎo)內(nèi)設(shè)置有用于溫度漂移補償?shù)墓饫w布拉格光柵結(jié)構(gòu)；振動敏感部包括布置在固定基底上方的十字懸臂梁，支撐十字懸臂梁的支撐結(jié)構(gòu)和布置于十字懸臂梁中心下部的質(zhì)量塊；質(zhì)量塊的下端面和弧形光波導(dǎo)的上端面均鍍有反射膜，形成法珀腔；其中，固定基底、支撐結(jié)構(gòu)、十字懸臂梁和質(zhì)量塊均為二氧化硅材質(zhì)，弧形光波導(dǎo)為耐高溫石英材質(zhì)。該光纖法珀振動傳感器具有結(jié)構(gòu)微小，耐高溫，抗電磁干擾、自主抑制溫漂、測量頻率范圍大、精度高等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微型耐高溫光纖法珀振動傳感器，屬于光纖傳感檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖傳感器相比于傳統(tǒng)的電學(xué)傳感器具有抗干擾能力強、動態(tài)響應(yīng)范圍大、耐高溫、體積小且能夠?qū)崿F(xiàn)高頻振動測量等優(yōu)點，同時，光纖傳感的解調(diào)速度相對傳統(tǒng)電類傳感器也有很大提高，因此光纖傳感技術(shù)在機械件結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。光纖振動傳感器是機械結(jié)構(gòu)機械激振、氣動激振等檢測的核心元件，光纖振動傳感器的發(fā)展能夠進一步提升結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的水平。光纖振動傳感器在航空航天、大型建筑等工業(yè)和軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，出現(xiàn)了各種類型的微型化光纖法珀傳感器。因此，開展新型光纖傳感器的研究具有很強的現(xiàn)實意義。

光纖法珀傳感結(jié)構(gòu)簡單，可以利用不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)建法珀傳感器，根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境，傳感器的樣式可以靈活調(diào)整，因此，光纖法珀傳感器衍生出很多種類，廣泛應(yīng)用在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、航空航天、核電、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。航空發(fā)動機作為飛機的核心部件，其工作狀態(tài)是決定飛機安全運行的關(guān)鍵，航空發(fā)動機故障70％來源于振動，其中，航空發(fā)動機內(nèi)部的轉(zhuǎn)軸振動又是引起故障主要原因之一。利用振動傳感器實現(xiàn)對航空發(fā)動機轉(zhuǎn)軸振動的實時測量對于預(yù)測航空發(fā)動機轉(zhuǎn)軸工作壽命、監(jiān)測其工作狀態(tài)，為航空發(fā)動機設(shè)計提供改進思路具有重要的價值。航空發(fā)動機轉(zhuǎn)軸振動頻率高達10KHz，工作環(huán)境溫度超過700℃，且轉(zhuǎn)軸附近可供安裝傳感器的空間狹小，這要求振動傳感器具備耐高溫、體積小、測量頻率范圍寬等特點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種微型耐高溫光纖法珀振動傳感器，其結(jié)構(gòu)微小，能夠工作在700℃的高溫環(huán)境，且具備抗電磁干擾、自主抑制溫漂、測量頻率范圍大、測量精度高等優(yōu)點。

本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是：一種微型耐高溫光纖法珀振動傳感器，包括耐高溫外殼，耐高溫外殼內(nèi)布置有基底反射部和振動敏感部，其結(jié)構(gòu)特點是：

所述基底反射部包括固定基底和由固定基底的上側(cè)面貫穿至豎直側(cè)面的弧形光波導(dǎo)，所述弧形光波導(dǎo)包括豎直部分、水平部分以及連接水平部分和豎直部分的弧形部分，弧形光波導(dǎo)內(nèi)設(shè)置有用于溫度漂移補償?shù)墓饫w布拉格光柵結(jié)構(gòu)；

所述振動敏感部包括布置在固定基底上方的十字懸臂梁，支撐十字懸臂梁端部的支撐結(jié)構(gòu)和布置于十字懸臂梁中心下部的質(zhì)量塊；

所述質(zhì)量塊的下端面和弧形光波導(dǎo)的上端面均鍍有反射膜，記質(zhì)量塊下端面鍍的反射膜為反射膜一，弧形光波導(dǎo)上端面鍍的反射膜為反射膜二；質(zhì)量塊下端面的反射膜一與弧形光波導(dǎo)上端面的反射膜二之間形成法珀腔；

所述固定基底、支撐結(jié)構(gòu)、十字懸臂梁和質(zhì)量塊均為二氧化硅材質(zhì)，弧形光波導(dǎo)為耐高溫石英材質(zhì)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一、本發(fā)明采用十字懸臂梁感應(yīng)振動，因此可以將外界較大的振動轉(zhuǎn)換為較小的振動，從而可以保證該法珀振動傳感器工作在線性區(qū)域并具有高監(jiān)測靈敏度。

二、本發(fā)明將質(zhì)量塊設(shè)置于十字懸臂梁的中心下部，最大限度地減少了由于振動過程中懸臂梁彎曲帶來的法珀腔上端面的弧形形變，減小因弧形形變造成法珀腔畸變而出現(xiàn)干涉光強減弱的情況，有利于提升傳感器干涉信號的強度，保證法珀腔的工作穩(wěn)定性。