專(zhuān)利名稱(chēng)：懸掛式光纖光柵震動(dòng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器，適用于橋梁等大型結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
振動(dòng)是自然界普遍存在的現(xiàn)象，在結(jié)構(gòu)工程、機(jī)械設(shè)備、航空和采礦等領(lǐng)域都需要對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。目前，通常采用電類(lèi)振動(dòng)傳感器，但他們易受外界因素的影響，尤其是被測(cè)對(duì)象處在強(qiáng)電磁干擾、高溫潮濕、高電壓大電流、大噪聲等一些惡劣環(huán)境下，傳統(tǒng)的振動(dòng)傳感器難以有效測(cè)量，甚至無(wú)法工作。光纖布拉格光纖光柵是20世紀(jì)90年代以來(lái)國(guó)際上新興的一種基礎(chǔ)性光纖器件， 用于傳感領(lǐng)域具有耐久性好、抗電磁干擾、體積小、準(zhǔn)分布測(cè)量、抗潮濕、與強(qiáng)度信息無(wú)關(guān)等許多優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。目前，光纖光柵振動(dòng)傳感器大多基于懸臂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，光纖光柵易發(fā)生啁啾現(xiàn)象，且傳感器靈敏度較低。為了進(jìn)一步提高光纖光柵振動(dòng)傳感器的性能，有人研制了基于L梁的光纖光柵振動(dòng)傳感器，但是傳感器工作時(shí)自由振動(dòng)衰減慢，影響傳感器的工作性能。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種靈敏度高、頻率范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)的光纖光柵振動(dòng)傳感器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器，它包括殼體，信號(hào)傳輸光纖，保護(hù)套管，光纖光柵，振子，其特征在于所述殼體由空心螺釘和圓筒狀保護(hù)外殼構(gòu)成，所述殼體由空心螺釘和圓筒狀保護(hù)外殼構(gòu)成，所述圓筒狀保護(hù)外殼上端與空心螺釘連接，下端封閉，所述空心螺釘下端伸入圓筒狀保護(hù)外殼的內(nèi)部，所述信號(hào)傳輸光纖與其外部包裹的保護(hù)套管采用膠體粘接在空心螺釘空心的頂端，所述信號(hào)傳輸光纖下端放置光纖光柵，所述光纖光柵外部涂覆一層彈性聚合物材料，光纖光柵的下部通過(guò)彈簧與振子相連。優(yōu)選的，所述彈性聚合物材料為柱狀結(jié)構(gòu)，置于空心螺釘內(nèi)部，尺寸與空心螺釘空心的中下段尺寸相當(dāng)，但二者并無(wú)接觸。優(yōu)選的，所述振子通過(guò)彈簧懸掛于傳感器內(nèi)部，并且與光纖光柵同軸。優(yōu)選的，所述空心螺釘外形為傘狀結(jié)構(gòu)，所述圓筒狀保護(hù)外殼底部是密封的，上端口處有螺紋，可通過(guò)該螺紋與空心螺釘連接。優(yōu)選的，所述傳感器殼體內(nèi)部空間充滿(mǎn)硅油。本實(shí)用新型的具體運(yùn)作原理如下首先將懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器固定在待測(cè)點(diǎn)處，待測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)將帶動(dòng)傳感器外殼及光纖光柵產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)彈簧使振子產(chǎn)生振動(dòng)，且振子的運(yùn)動(dòng)相對(duì)光纖光柵具有一定的滯后性，二者將產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使連接光纖光柵與振子的彈簧產(chǎn)生伸縮運(yùn)動(dòng)，根據(jù)虎克定律可以得出光纖光柵所受的拉力也不斷變化，進(jìn)而引起光纖光柵中心波長(zhǎng)的變化，且光纖光柵中心波長(zhǎng)的變化量與振子的加速度成正比，因此通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖光柵中心波長(zhǎng)的變化情況就能監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的振幅、頻率與加速度。連接光纖光柵與振子的彈簧不僅是傳力裝置，同時(shí)也有增大阻尼的作用。傳感器中充滿(mǎn)的硅油則作為阻尼液。本實(shí)用新型能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量振動(dòng)幅度、頻率與加速度。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是I.本實(shí)用新型采用了懸掛式結(jié)構(gòu)，不受光纖光柵附著機(jī)械結(jié)構(gòu)固有頻率的限制，大大提高了傳感器的測(cè)量頻率。2.本實(shí)用新型中連接光纖光柵與振子的彈簧以及阻尼液硅油都起到了增大阻尼的作用，從而提高了測(cè)量的穩(wěn)定性，使傳感器幅頻特性平坦區(qū)進(jìn)一步展寬。3.本實(shí)用新型基于全光信號(hào)設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性好，抗電磁干擾，防水性能好，便于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
以下結(jié)合附圖
及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述圖I為本實(shí)用新型懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器的正視剖面圖；圖2為本實(shí)用新型懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器低頻響應(yīng)曲線(xiàn)圖；圖3為本實(shí)用新型懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器高頻響應(yīng)曲線(xiàn)圖。其中1.信號(hào)傳輸光纖，2.保護(hù)套管，3.空心螺釘，4.圓筒狀保護(hù)外殼，5.光纖光柵，6.彈性聚合物材料，7.振子，8.硅油，9.彈簧，10.膠體。
具體實(shí)施方式實(shí)施例如圖I所示，本實(shí)用新型包括殼體，信號(hào)傳輸光纖I，保護(hù)套管2，光纖光柵5，振子7，所述殼體由空心螺釘3和圓筒狀保護(hù)外殼4構(gòu)成，所述空心螺釘3外形為傘狀結(jié)構(gòu)，所述圓筒狀保護(hù)外殼4底部是密封的，上端口處有螺紋，可通過(guò)該螺紋與空心螺釘3連接。所述信號(hào)傳輸光纖I與其外部包裹的保護(hù)套管2采用膠體10粘接在空心螺釘3空心的頂端，所述信號(hào)傳輸光纖I下端放置光纖光柵5，所述光纖光柵5外部涂覆一層彈性聚合物材料6,光纖光柵5的下部通過(guò)彈簧9與振子7相連。本實(shí)施例中所述彈性聚合物材料6為柱狀結(jié)構(gòu)，置于空心螺釘3內(nèi)部，尺寸與空心螺釘3空心的中下段尺寸相當(dāng)，但二者并無(wú)接觸。彈性聚合物材料6主要對(duì)光纖光柵5起到保護(hù)的作用，防止光纖光柵5折斷。本實(shí)施例中所述振子7通過(guò)彈簧9懸掛于傳感器內(nèi)部，并且與光纖光柵5同軸，從而防止振子7傾斜。優(yōu)選的，振子7為空心柱狀結(jié)構(gòu)，材料為青銅；彈簧9材料為琴鋼絲。所述彈簧9連接光纖光柵5與振子7，能夠增大振子7的振動(dòng)幅度，同時(shí)能夠增大振動(dòng)阻尼。本實(shí)施例中所述傳感器殼體內(nèi)部空間充滿(mǎn)硅油8，能夠增大傳感器阻尼，拓寬傳感器工作頻率范圍。本實(shí)施例的具體制作過(guò)程如下首先，將光纖光柵5外均勻涂覆一層彈性聚合物材料6，同時(shí)將信號(hào)傳輸光纖I外穿上保護(hù)套管2，并且將二者進(jìn)行粘接，再將光纖光柵5置入空心螺釘3空心中，用膠體10將保護(hù)套管2與空心螺釘3粘接在一起。然后，將彈簧9 一端與彈性聚合物材料6連接，另一端與振子7連接。最后，將圓筒狀保護(hù)外殼4內(nèi)充滿(mǎn)硅油8，并將振子7置入硅油8中，將圓 筒狀保護(hù)外殼4與空心螺釘3通過(guò)螺紋擰緊，并對(duì)傳感器進(jìn)行密封處理，防止硅油8泄露。對(duì)本實(shí)用新型的性能測(cè)試結(jié)果分別如圖2、圖3所示，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，首先將懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器固定在被測(cè)物體表面，使用光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)儀對(duì)光纖光柵5的中心波長(zhǎng)漂移情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，中心波長(zhǎng)變化幅度對(duì)應(yīng)傳感器的振動(dòng)幅度，中心波長(zhǎng)的變化頻率對(duì)應(yīng)傳感器的振動(dòng)頻率，同時(shí)可計(jì)算傳感器的加速度測(cè)量值。當(dāng)然上述實(shí)施例只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器，它包括殼體，信號(hào)傳輸光纖(I)，保護(hù)套管(2),光纖光柵(5)，振子(7)，其特征在于所述殼體由空心螺釘(3)和圓筒狀保護(hù)外殼(4)構(gòu)成，所述圓筒狀保護(hù)外殼(4)上端與空心螺釘(3)連接，底部封閉，所述空心螺釘(3)下端伸入圓筒狀保護(hù)外殼(4)的內(nèi)部，所述信號(hào)傳輸光纖(I)與其外部包裹的保護(hù)套管(2)采用膠體(10)粘接在空心螺釘(3)空心的頂端，所述信號(hào)傳輸光纖(I)下端放置光纖光柵(5)，所述光纖光柵(5 )外部涂覆一層彈性聚合物材料(6 )，光纖光柵(5 )的下部通過(guò)彈簧(9 )與振子(7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于所述彈性聚合物材料(6)為柱狀結(jié)構(gòu)，置于空心螺釘(3)內(nèi)部，尺寸與空心螺釘(3)空心的中下段尺寸相當(dāng)，但二者并無(wú)接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于所述振子(7)通過(guò)彈簧(9)懸掛于傳感器內(nèi)部,并且與光纖光柵(5)同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于所述空心螺釘(3)外形為傘狀結(jié)構(gòu)，所述圓筒狀保護(hù)外殼(4)底部是密封的，上端口處有螺紋，可通過(guò)該螺紋與空心螺釘(3)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的懸掛式光纖光柵振動(dòng)傳感器，其特征在于所述傳感器殼體內(nèi)部空間充滿(mǎn)硅油(8)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種懸掛式光纖光柵震動(dòng)傳感器，它包括殼體，信號(hào)傳輸光纖，保護(hù)套管，光纖光柵，振子，所述殼體由空心螺釘和圓筒狀保護(hù)外殼構(gòu)成，所述信號(hào)傳輸光纖與其外部包裹的保護(hù)套管采用膠體粘接在空心螺釘空心的頂端，所述信號(hào)傳輸光纖下端放置光纖光柵，所述光纖光柵外部涂覆一層彈性聚合物材料，光纖光柵的下部通過(guò)彈簧與振子相連；所述振子通過(guò)彈簧懸掛于傳感器內(nèi)部，并且與光纖光柵同軸；傳感器殼體內(nèi)部空間充滿(mǎn)硅油。本實(shí)用新型采用了懸掛式結(jié)構(gòu)，不受光纖光柵附著機(jī)械結(jié)構(gòu)固有頻率的限制，大大提高了傳感器的測(cè)量頻率；本實(shí)用新型內(nèi)有阻尼液提高測(cè)量穩(wěn)定性；本實(shí)用新型基于全光信號(hào)設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性好，抗電磁干擾，防水性能好，便于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01H9/00GK202720047SQ20122040846
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者王靜, 施斌, 魏廣慶, 宋占璞 申請(qǐng)人:蘇州南智傳感科技有限公司