[实用新型]光纤光栅振动传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术，特别涉及一种可用于铁路沿线危岩落石报警监测的光纤光栅低频振动传感器。

背景技术

随着我国经济建设的蓬勃发展，尤其是在山区高速铁路的建设及运营过程中，高陡边坡的安全性问题尤为突出。光纤光栅传感技术因其具有不受电磁干扰、现场无需供电、长期可靠性和稳定性好，传输距离远等优点，特别适用于铁路无人区、无电区以及恶劣的环境。鉴于光纤光栅传感技术的如上优点，在高陡边坡的防护及预警中得到了普遍的应用。

危岩落石报警监测属于高陡边坡防护监测的一个分支，如果能预先监测到危岩落石，将极大程度上减轻危岩落石对铁路、公路等造成的经济损失。

国内也已经有些高校或企业开展了光纤光栅振动传感器或光纤光栅加速度计的研究，但并不适用于铁路沿线危岩落石的监测。铁路沿线危岩落石监测的特点在于：落石信号相较于火车振动强度弱，但火车通过时振动加速度一般都很大，使传感器寿命严重受到影响，即传感器提高灵敏度的同时也要考虑到结构稳定性。

公告号为CN 101285847B的“一种温度不敏感的光纤光栅加速度传感器”传感器结构无过载保护，且在火车通过时容易造成光纤光栅断裂，结构易失稳。考虑到铁路、公路等应用的特殊性，本公开提出了一种适用于铁路、公路等危岩落石监测的低频振动传感器。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出了一种克服现有技术的不足并且符合经济高效需求的用于铁路沿线危岩落石监测的光纤光栅振动传感器。

根据本实用新型的实施例，提供了一种用于铁路沿线危岩落石监测的光纤光栅振动传感器，该传感器包括：支撑壳体；L型转动杆，所述L型转动杆具有在长度方向上相互垂直并相交的两个臂；所述L型转动杆还具有转动轴，所述转动轴垂直于所述两个臂并固定至所述支撑壳体，使得所述L型转动杆能够相对于所述转动轴转动；应变光纤光栅，所述应变光纤光栅的第一端封装在所述L型转动杆的第一臂上，所述应变光纤光栅的第二端封装在所述支撑壳体上；以及过载保护装置；其中，所述L型转动杆的第二臂由弹簧支撑以保持水平，所述过载保护装置限定所述第二臂自由端的运动范围，从而限制所述L型转动杆的转动范围。

其中，在外界振动的激励下，所述L型转动杆第二臂会产生与所述支撑壳体相对的位移，带动所述L型转动杆产生相应角位移。由于所述应变光纤光栅的第一端封装在所述L型转动杆的第一臂上，第二端封装在所述支撑壳体上，因此所述应变光纤光栅随之产生相对应的应变。所述应变光纤光栅的两端之间为栅区，在所述应变光纤光栅产生应变时，栅区将改变其透射和/或反射波长，从而给出与所述外界振动相对应的反馈信号。

由于具有限定所述第二臂自由端的运动范围的过载保护装置，所述过载保护装置能有效保证在火车等外界大激励下，应变光纤光栅不会因应变过大而导致断裂。因此本实用新型提供的光纤光栅振动传感器具有结构简单、成本低、安装方便、可靠性和稳定性高的特点。根据本实用新型的光纤光栅振动传感器尤其适合低频振动的检测。

优选地，所述第一臂的长度小于所述第二臂的长度。由于应变光纤光栅的应变长度是有限的，因此使用较长的第二臂和较短的第一臂，等比例地缩小了所述L型转动杆的第二臂由于振动而导致的移动量。这样的设置即保证了光纤光栅振动传感器对于外界振动的灵敏度，又限制了应变光纤光栅的伸缩量，能够防止其因为过度的拉伸和/或弯折而断裂。

可选地，所述L型转动杆的第二臂上附有质量块。在所述第二臂上附有质量块，使得能够根据所述第二臂的臂长和所述弹簧的k值调节所述光纤光栅振动传感器的振动频率相应范围。当然，本领域技术人员能够理解，所述L型转动杆的第二臂本身也能够具有一定质量，因此也可以直接使用具有期望的质量的第二臂，而无需所述质量块。所述弹簧构成所述振动传感器的弹簧（k）-阻尼（c）-质量（m）单自由度运动系统。调节所述弹簧的k值及所述L型转动杆上的质量块m值可调节所述光纤光栅振动传感器的固有频率及灵敏度。

优选地，所述L型转动杆的两个臂都具有平行于所述转动轴方向上的宽度和垂直于所述转动轴的厚度，所述宽度大于所述厚度。上述设置使得传感器能够抵抗较大的横向干扰（即，沿所述转动轴方向的振动）。

优选地，所述光纤光栅振动传感器还包括微调节机构，所述微调节机构用于调节所述弹簧，使得所述L型转动杆的第二臂初始位置保持水平。使用竖直设置的弹簧支撑所述L型转动杆的第二臂，并使所述L型转动杆的第二臂初始地设置在水平状态，能够最大限度地提高所述L型转动杆的第二臂对于外界振动中竖直分量的灵敏度，以提高所述光纤光栅振动传感器的检测精度。