[发明专利]一种基于惯性原理的光纤光栅扭振传感器

说明书

本发明的目的是提供一种基于惯性原理的光纤光栅扭振传感器，包括基体、两个组合件和四个光纤光栅，基体包括轴环、两个光纤固定环和两个连接板，组合件包括依次连接的底座、等截面梁和质量块，两个组合件的底座分别固定在轴环外圆上，两个组合件的质量块分别位于光纤固定环端部之间的间隙内，两根光纤分别穿过两个质量块上的通孔并通过质量块两侧的光纤固定环端部上的封装槽固定，四个光栅悬置在质量块和封装槽之间。该传感器利用惯性原理来测量扭转振动角加速度，结构简单、安装方便，能够消除旋转轴轴向振动和横向振动对扭振测量的干扰，具有温度自补偿功能。

技术领域

本发明属于振动测量领域，具体涉及一种基于惯性原理的光纤光栅扭振传感器。

背景技术

机械振动一般有三种表现形式，分别是轴向振动、横向振动和扭转振动。其中，扭振是旋转机械振动的常见振动形式，旋转轴在工作的时候会受到主动力矩(输入力矩)和负载力矩(输出力矩)，在两种力矩作用下，旋转轴会受到扭转变形，轴上不同部位会有相对转动，当这两种力矩平衡时，扭转变形保持不变，轴上各部位的相对扭转角保持不变，但实际上，两力矩的合力矩不为零，而是在小范围波动，这使得轴产生绕轴线的扭转振动，具体的表现为，轴上不同位置的相对扭转角在平衡值附近变化，即轴上不同部位有不断变化的相对转动，则轴上某一部位的角速度为匀速转动角速度和扭振引起的绕轴线来回扭转的角速度的叠加，轴上某一部位的角加速度即为扭振引起的绕轴线来回扭转的角加速度。

目前有许多扭振传感器是通过测量轴的角加速度的变化来表征扭振信号，这类传感器主要是将加速度计或惯性测量装置等安装在轴上，测量信号可以通过集流环或有线、无线电发讯等方式传输到仪器上，通过有线或集流环的方式传输布线繁琐，且在高速下容易使得信号失真，通过无线电传输则容易受到电磁干扰。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于惯性原理的光纤光栅扭振传感器，该传感器利用惯性原理来测量扭转振动角加速度，结构简单、安装方便，能够消除旋转轴轴向振动和横向振动对扭振测量的干扰，具有温度自补偿功能。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于惯性原理的光纤光栅扭振传感器，包括基体、两个组合件和四个光纤光栅，基体包括用于与旋转轴配合的轴环、两个与轴环同心且相互对称的光纤固定环和两个连接板，两个连接板在一条直线上且一端与轴环外圆连接、另一端与光纤固定环自身中点连接，组合件包括依次连接的底座、等截面梁和质量块，两个组合件在一条直线上形成两个光纤固定环的对称中心，两个组合件的底座分别固定在轴环外圆上，两个组合件的质量块分别位于光纤固定环端部之间的间隙内，两根垂直于组合件且预紧力相同的光纤分别穿过两个质量块上的通孔并通过质量块两侧的光纤固定环端部上的封装槽固定，四个光栅悬置在质量块和封装槽之间。

进一步地，基体的材质为刚度较大的硬质金属材料。

进一步地，等截面梁的截面为矩形。

进一步地，底座分别固定在轴环外圆的两个凸台上，底座与凸台通过螺钉固定在一起。

本发明的有益效果是：

将该传感器安装在旋转轴上，传感器随旋转轴一起转动，当旋转轴有扭转振动时，由于惯性，质量块对等截面梁产生作用力使其发生弯曲变形，位于等截面梁顶端的质量块便有微小位移，这引起质量块两端的光纤光栅拉伸或压缩，光纤光栅的应变发生改变，其波长发生漂移，通过检测光纤光栅的波长漂移量便可获得扭振引起的角加速度值。该传感器利用惯性原理来测量扭转振动角加速度，结构简单、安装方便，引入光纤光栅作为传感元件，具有抗电磁干扰、体积小、成本低等优点，能够消除旋转轴轴向振动和横向振动对扭振测量的干扰；具有温度自补偿功能。

附图说明

图1是本发明实施例的轴视图。

图2是本发明实施例的正视图。

图3是本发明实施例中基体的三维结构示意图。