1.一種全分布式齒根彎曲應(yīng)力動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置,其特征在于,它包括掃頻激光器(1)、光分路器C1、光分路器C2、耦合器C3、耦合器C4、保偏光耦合器C5、耦合器C6、檢偏器A1、檢偏器A2、光電探測(cè)器D1、光電探測(cè)器D2、光電探測(cè)器D3、光電探測(cè)器D4、光環(huán)行器(3)、光纖旋轉(zhuǎn)連接器(4)、延時(shí)光纖(7)、波長(zhǎng)校準(zhǔn)具(8)、隔離器(9)、處理器(2)、沿齒輪齒根(5)軸向貼在齒輪齒根(5)上的保偏光纖光柵(6),其中,所述掃頻激光器(1)的掃頻信號(hào)輸出端連接光分路器C1的輸入端,光分路器C1的第一輸出端連接光分路器C2的輸入端,光分路器C1的第二輸出端通過隔離器(9)連接耦合器C3的輸入端,光分路器C2的第一輸出端連接耦合器C4的輸入端,光分路器C2的第二輸出端連接波長(zhǎng)校準(zhǔn)具(8)的輸入端,耦合器C4的第一輸出端連接耦合器C6的輸入端,耦合器C4的第二輸出端通過延時(shí)光纖(7)連接耦合器C6的輸入端,耦合器C6的輸出端連接光電探測(cè)器D1的輸入端,波長(zhǎng)校準(zhǔn)具(8)的輸出端連接光電探測(cè)器D2的輸入端,耦合器C3的第一輸出端連接保偏光耦合器C5的輸入端,耦合器C3的第二輸出端連接光環(huán)行器(3)的第一接口,光環(huán)行器(3)的第二接口連接光纖旋轉(zhuǎn)連接器(4)的固定端接線口,光纖旋轉(zhuǎn)連接器(4)的旋轉(zhuǎn)端接線口連接保偏光纖光柵(6)的一端,光環(huán)行器(3)的第三接口連接保偏光耦合器C5的輸入端,保偏光耦合器C5的第一輸出端通過檢偏器A1連接光電探測(cè)器D3的輸入端,保偏光耦合器C5的第二輸出端通過檢偏器A2連接光電探測(cè)器D4的輸入端,光電探測(cè)器D1、光電探測(cè)器D2、光電探測(cè)器D3和光電探測(cè)器D4的信號(hào)輸出端均連接處理器(2)的信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全分布式齒根彎曲應(yīng)力動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置,其特征在于:所述光分路器C1的第一輸出端與第二輸出端的分束比為1:99,光分路器C2的第一輸出端與第二輸出端的分束比為1:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全分布式齒根彎曲應(yīng)力動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置,其特征在于:所述保偏光纖光柵(6)的長(zhǎng)度等于齒輪齒根(5)的軸向長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全分布式齒根彎曲應(yīng)力動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置,其特征在于:所述掃頻激光器(1)輸出的掃頻激光的頻率為40~60kHZ。
5.一種利用權(quán)利要求1所述裝置的全分布式齒根彎曲應(yīng)力動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法,其特征在于,它包括如下步驟:
步驟1:將被測(cè)齒輪置于靜止?fàn)顟B(tài);
步驟2:掃頻激光器(1)發(fā)出掃頻激光,該掃頻激光進(jìn)入光分路器C1;
步驟3:光分路器C1的第一輸出端輸出修正通道掃頻激光信號(hào),光分路器C1的第二輸出端輸出測(cè)量通道掃頻激光信號(hào);
步驟4:步驟3中的修正通道掃頻激光信號(hào)進(jìn)入光分路器C2分成兩束掃頻激光;步驟3中測(cè)量通道掃頻激光信號(hào)經(jīng)過隔離器(9)后進(jìn)入耦合器C3被分成兩束掃頻激光;
步驟5:光分路器C2的第一輸出端輸出的掃頻激光進(jìn)入耦合器C4,耦合器C4的第一輸出端輸出的掃頻激光直接進(jìn)入耦合器C6的輸入端,耦合器C4的第二輸出端輸出的掃頻激光經(jīng)過延時(shí)光纖(7)后進(jìn)入耦合器C6的輸入端,并與耦合器C4的第一輸出端輸出的掃頻激光在耦合器C6內(nèi)產(chǎn)生光拍現(xiàn)象,光電探測(cè)器D1采集耦合器C6輸出的拍頻信號(hào)并轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電信號(hào);
光分路器C2的第二輸出端輸出的掃頻激光通過波長(zhǎng)校準(zhǔn)具(8)進(jìn)行濾波,光電探測(cè)器D2采集波長(zhǎng)校準(zhǔn)具(8)輸出的光信號(hào)并轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電信號(hào);
耦合器C3的第一輸出端輸出的掃頻激光直接進(jìn)入偏光耦合器C5;耦合器C3的第二輸出端輸出的掃頻激光進(jìn)入貼于齒輪齒根(5)上的保偏光纖光柵(6),保偏光纖光柵(6)反射出兩種偏振態(tài)的激光信號(hào),上述兩種偏振態(tài)的激光信號(hào)進(jìn)入保偏光耦合器C5,耦合器C3的第一輸出端輸出的掃頻激光和上述兩種偏振態(tài)的激光信號(hào)在保偏光耦合器C5內(nèi)產(chǎn)生光拍,偏光耦合器C5輸出的拍頻信號(hào)通過檢偏器A1和檢偏器A2分離出兩種偏振態(tài)的拍頻光分別進(jìn)入光電探測(cè)器D3和光電探測(cè)器D4,光電探測(cè)器D1、光電探測(cè)器D2、光電探測(cè)器D3和光電探測(cè)器D4分別將探測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后,傳輸給處理器(2);
步驟6:在處理器(2)中用光電探測(cè)器D1得到的電信號(hào)對(duì)光電探測(cè)器D2、光電探測(cè)器D3和光電探測(cè)器D4得到的電信號(hào)進(jìn)行插值重采樣,來補(bǔ)償掃頻激光器(1)的非線性效應(yīng);在處理器(2)中用光電探測(cè)器D2得到的電信號(hào)對(duì)掃頻激光器(1)的掃頻速度進(jìn)行修正;在處理器(2)中對(duì)光電探測(cè)器D2和光電探測(cè)器D3得到的電信號(hào)分別進(jìn)行分段解調(diào)處理,得到保偏光纖光柵(6)上各解調(diào)分段在兩種偏振態(tài)下的波長(zhǎng);處理器(2)對(duì)得到的兩種偏振態(tài)下的波長(zhǎng)進(jìn)行解耦,消除溫度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響,得到上述兩種偏振態(tài)下保偏光纖光柵(6)上各分段解調(diào)段的初始波長(zhǎng)λi,初始波長(zhǎng)λi為被測(cè)齒輪靜止時(shí)保偏光纖光柵(6)上各分段解調(diào)段的波長(zhǎng);
步驟7:在被測(cè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),依據(jù)步驟2~6的方式得到上述兩種偏振態(tài)下被測(cè)齒輪運(yùn)動(dòng)時(shí)保偏光纖光柵(6)上各分段解調(diào)段的波長(zhǎng),并求出兩種偏振態(tài)下被測(cè)齒輪靜止與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的各分段解調(diào)段波長(zhǎng)差Δλ,該分段解調(diào)段波長(zhǎng)差Δλ只受到應(yīng)變影響;
步驟8:處理器(2)根據(jù)如下公式計(jì)算保偏光纖光柵(6)各分段解調(diào)段所受應(yīng)變?chǔ)?sub>i;
Δλ=(1-P)λiεi
其中,P是保偏光纖光柵(6)的有效光彈系數(shù),εi為保偏光纖光柵(6)各分段解調(diào)段所受應(yīng)變,計(jì)算時(shí),Δλ和λi任意選擇同一個(gè)偏振態(tài)下的值即可;
然后,通過保偏光纖光柵(6)各分段解調(diào)段所受應(yīng)變依據(jù)胡可定律得到對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)齒根分布式彎曲應(yīng)力值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全分布式齒根彎曲應(yīng)力動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法,其特征在于:所述分段解調(diào)段的長(zhǎng)度為1mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全分布式齒根彎曲應(yīng)力動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法,其特征在于:所述步驟3中,光分路器C1的第一輸出端與第二輸出端的分束比為1:99。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全分布式齒根彎曲應(yīng)力動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法,其特征在于:所述步驟4:步驟3中的修正通道掃頻激光信號(hào)進(jìn)入光分路器C2按1:1的分束比分成兩束掃頻激光。