CN108180976A - 基于光纤光栅的振动状况和摩擦系数同时测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于光纤光栅传感技术在摩擦自激振动中振动状况和摩擦系数同时测量的方法，测量所使用的装置包括振动激发机构、振动传感器、测力传感器和解调仪；振动激发机构包括圆盘及其旋转驱动机构，该圆盘上放置随圆盘转动做简谐振动的振子机构；振动传感器包括基座、弹性钢片和小质量块，基座固定在质量块上，弹性钢片一端固定在基座上，另一端固定小质量块，弹性钢片两侧各固定一个光纤光栅；测力传感器包括弹性活动边，弹性活动边的一端固定，另一端与弹簧的另一端相连，弹性活动边的两侧各固定一个光纤光栅；解调仪与所有光纤光栅的尾纤连接，将光纤光栅接入不同的通道，并对光纤光栅信号进行解调。

Description

基于光纤光栅的振动状况和摩擦系数同时测量的方法

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感领域，尤其涉及一种基于光纤光栅传感技术的摩擦自激振动中摩擦系数和振动状况同时测量的新方法。

背景技术

光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法，把入射光以相干场图形写入纤芯，致使纤芯的折射率产生周期性变化，让其产生周期性调制，进而在单模光纤的纤芯内部形成永久性的空间相位光栅。光纤光栅自问世以来，已广泛应用于光纤传感领域。由于光纤光栅传感器具有抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度等优点，所以越来越受关注。由于光纤光栅的谐振波长对应力应变和温度的变化敏感，所以主要用于温度和应力应变的测量。

光纤光栅传感器是通过外界参量(温度或应力应变)对布拉格光纤光栅的中心波长调制来获得传感信息的，因此，传感器灵敏度高，抗干扰能力强，对光源能量和稳定性要求低，适合作精密、精确测量。光纤光栅传感器已被用于各个方面，例如高速公路、桥梁、大坝、矿山、机场、船舶、铁路的监测。光纤光栅直接测量的物理量是温度和应变，光纤光栅传感器通过波长调制原理，由被测系统引起的位移或应变改变光栅的栅距，进而使波长发生变化，那么在本实验中，利用光纤光栅的应变原理，可通过检测这种变化来反映系统的振动信息或摩擦特性。

而光纤光栅对温度与应变存在的交叉敏感效应是其传感测量的固有特性，当温度和应力同时变化时，存在“交叉敏感”效应。现有技术中很多实验都不能很好的解决该交叉敏感问题。且单个光纤光栅或单个光纤光栅传感器只能测量一个物理量，基于本试验台需要同时测量振动、摩擦系数两个参数，以前的测量方法在同一实验条件下测量物理量单一，无法达到同时测量的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中应变与温度存在交叉敏感问题及无法同时测量振动状况和摩擦系数的问题，提供一种当温度和应力同时变化时，可区分出温度和应力各自变化的基于光纤光栅传感技术的摩擦自激振动中摩擦系数和振动状况同时测量的新方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于光纤光栅传感技术在摩擦自激振动中振动状况和摩擦系数同时测量的装置，包括振动激发机构、振动传感器、测力传感器和解调仪；

所述振动激发机构包括圆盘及其旋转驱动机构，该圆盘上放置随圆盘转动做简谐振动的振子机构，该振子机构包括质量块、弹簧和导向机构，弹簧一端固定在质量块上，一端固定在测力传感器的弹性活动边上，弹簧和质量块均穿设在该导向机构上；

振动传感器包括基座、弹性钢片和小质量块，基座固定在质量块上，弹性钢片一端固定在基座上，另一端固定小质量块，弹性钢片两侧各固定一个光纤光栅，两个光纤光栅沿竖直中心线方向对称布置；

测力传感器包括弹性活动边，弹性活动边为弹性钢板，弹性活动边的一端固定，另一端与弹簧的另一端相连，弹性活动边的两侧各固定一个光纤光栅，两个光纤光栅沿竖直中心线方向对称布置；测力传感器还包括连接块，其用于固定弹性活动边并与其形成L型；

解调仪与所有光纤光栅的尾纤连接，将光纤光栅接入不同的通道，并对光纤光栅信号进行解调。

接上述技术方案，光纤光栅采用环氧树脂AB密封胶封装。

本发明还提供了一种基于光纤光栅传感技术在摩擦自激振动中振动状况和摩擦系数同时测量的方法，该方法基于上述装置，具体包括以下步骤：

将弹性钢片上的两个光纤光栅尾纤依次接入解调仪的1号和2号通道中；

将测力传感器弹性钢板上的两个光纤光栅尾纤依次接入解调仪的3号和4号通道中；

通过旋转驱动机构为圆盘设定一恒定转速，使圆盘旋转起来，质量块在圆盘上产生摩擦自激振动；

质量块在来回振动过程中，将振动状况传递给振动传感器，同时将受到来回伸缩的弹簧的弹力传递给测力传感器，弹性钢片和弹性活动边随即都产生应变，应变信号同时传递给光纤光栅使其伸长或收缩从而引起波长变化；

通过解调仪采集信号，根据解调后的光纤光栅波长变化量同时得到振动状况和弹力大小，而摩擦系数利用公式通过振动和弹簧力计算而得，即完成了振动和摩擦系数的同时测量；

解调仪采集摩擦自激振动过程中一段时间内的光纤光栅信号，根据保存的数据分析光纤光栅波长随时间的变化量，根据解调后的光纤光栅波长变化量得到振动状况和弹力大小，通过振动和弹力计算摩擦系数。

接上述技术方案，还包括以下步骤：

通过旋转驱动机构设定一定梯度的转速，从小到大逐步增加转速，通过解调仪采集不同转速时振动传感器和测力传感器上的光纤光栅信号，完成不同转速时摩擦自激振动的振动状况和摩擦系数的同时测量。

本发明产生的有益效果是：本发明提出了一种基于光纤光栅传感技术的摩擦自激振动中振动状况和摩擦系数同时测量的新方法，在弹性钢片和弹性活动边的两面对称粘贴了光纤布拉格光栅FBG，所以实验过程中，在整数个周期内，两端的应变Δε为零，这样就解决了交叉敏感问题。并且在同一实验条件下，两个传感器元件同时产生应变并传递给光纤光栅，基于光纤光栅传感技术可同时测得振动和摩擦系数两方面状况，这样就解决了测量物理量单一的问题。这种测量方法可以应用于应变发生变化的机械，尤其见长于应变发生瞬态变化的场合，并且可以实现振动状况和摩擦系数的同时测量，例如可以同时测量振动物体在摩擦自激振动过程中任一时刻的振动状况和摩擦系数。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例摩擦自激振动实验台总体装置图

图2为本发明实施例圆盘上各零件相对位置图；

图3为本发明实施例振动传感器结构示意图；

图4为本发明实施例测力传感器结构示意图；，

图5为本发明实施例弹力标定实验装置图；

图6为本发明实施例弹簧弹力-应变标定曲线图(弹簧原长为16.5cm)。

图中：1、调整脚；2、底板；3支撑架(包括4、座板，5、竖板，6、肋板，7、上横板，8、下横板)；9、铝型材桁架(包括10、矩形框架，11、立架，12、上横架，13、下横架)；14、伺服电机；15、减速器；16、梅花联轴器；17、阶梯轴；18、圆锥滚子轴承；19、圆盘；20、质量块；21、弹簧；22、光滑导杆；23、L型件；24、加速度传感器(包括25、基座，26、弹性钢片，27、小质量块)；28、测力传感器(包括29、连接块，30、弹性钢板)；31、1号光纤光栅；32、2号光纤光栅；33、3号光纤光栅；34、4号光纤光栅；35、螺栓；36、螺母；37、方形垫片；38、压片；39、测力计；40、高度尺。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的基于光纤光栅传感技术的摩擦自激振动中振动状况和摩擦系数同时测量的新装置，包括：

振动激发机构，该装置主要包括圆盘、质量块、弹簧、导向机构、电机、减速机、底板及型材等组件，选用伺服电机作为驱动电机，为了进一步获得稳定的转速，选择减速比20：1的减速器配合电机一同使用，通过电机带动圆盘转动，弹簧一端固定在质量块上，一端固定在L型件的活动边上。

当圆盘以恒速旋转时，起初质量块在圆盘上仅受摩擦力作用，沿着旋转方向振动，质量块运动之后不仅受摩擦力还受弹簧的弹力作用，两者的合力产生加速度，当质量块运动到速度为零时随即反向运动，这样一来一回反复运动就形成了简谐振动(即摩擦自激振动)。导向机构主要由光滑导杆组成，在质量块振动过程中起导向作用，以防质量块在振动过程中有向心或离心运动趋势，将光滑导杆依次穿入质量块中心孔和弹簧钢片底端的圆孔中心，用螺栓螺母将导杆的质量块一侧固定在支撑板上，支撑板亦呈L型，固定在型材架上横架上，这样可保证质量块在运动时不发生偏移以便测量弹簧系统弹力大小。电机和减速机配合使用，固定在下横板上，型材方便其他元件固定，增加结构的稳定性；

振动传感器，该装置是一种基于光纤光栅传感技术的传感器，由基座、弹性钢片和小质量块构成，弹性钢片一端固定在基座上，另一端带有小质量块，光纤光栅粘贴在弹性钢片的固定端附近。在测量质量块振动时，把基座固定在质量块上，基座与质量块同时振动，从而引起弹性钢片上小质量块的振动，在惯性力的作用下弹性钢片产生应变，带动光纤光栅伸长和收缩，从而引起其布拉格波长的变化，通过探测布拉格波长变化所对应的光功率的变化来实现振动的测量；

L型件测力传感器，该装置由一个连接块和活动边组成，形成L型结构，连接块用螺栓螺母固定在型材的上横架上，活动边(弹性钢板)与弹簧其中一端相连，而弹簧的另一端固定在质量块上，在摩擦自激振动过程中，弹簧随质量块、弹性钢板随弹簧一并来回振动，弹性钢板由于受到弹簧力产生了一定的应变，从而引起弹性钢板两侧光纤光栅的波长变化，将光纤光栅尾纤接入解调仪，通过解调光纤光栅信号得到弹簧力的大小，利用相关公式，通过弹簧力可得摩擦力及摩擦系数的大小。

解调仪，该解调仪是一种光纤光栅解调仪，将振动传感器和弹性钢板上的所有光纤光栅尾纤一同连接到解调仪各通道中，两传感器上的光纤光栅在摩擦自激振动中同时产生应变从而引起波长变化，通过解调仪可同时采集到振动和力的信号，再通过解调软件保存相关数据后，根据各个光纤光栅波长变化量可完成任意时刻的振动状况和摩擦系数的一同测量。

该装置包括4根光纤光栅(即粘贴于振动传感器弹性钢片上的2根光纤光栅和粘贴于L型件弹性钢板上的2根光纤光栅),4根光纤光栅依次单独地接入解调仪的四个通道中。光纤光栅均沿着传感器元件竖直中心线方向粘贴，即弹性钢板和弹性钢片的竖直中心线方向，并以对称方式布置；

本发明所述的装置中，光纤光栅可采用环氧树脂AB胶封装。

本发明基于光纤光栅和应变片传感技术的摩擦自激振动中摩擦系数和振动状况同时测量的新方法，基于上述装置，该方法包括以下步骤：

在振动传感器上的弹性钢片正反两面分别粘贴一个光纤光栅，并依次标号；

在测力传感器上的弹簧钢板正反两面分别粘贴一个光纤光栅，并依次标号；

将振动传感器放置在质量块上方，在基座和质量块的销孔处加销固定；

选择适当弹簧刚度的弹簧和适当质量的质量块；

用压片和螺钉将弹簧的一端固定在质量块上，另一端固定在弹性钢板上；

将光滑导杆依次穿入质量块中心孔和弹性钢板底端的圆孔，用螺栓螺母将导杆的质量块一侧固定在支撑板上，支撑板固定在型材架上横架上；

将两传感器上的标号的四个光纤光栅尾纤依次单独地接入解调仪四个通道中，解调仪与计算机相连，启动解调仪并打开解调软件，同时测量并记录静态时刻光纤光栅的中心波长；

通过驱动电机为圆盘设定一恒定转速，使圆盘旋转起来，质量块在圆盘上产生摩擦自激振动；

解调仪采集摩擦自激振动过程中一段时间内的光纤光栅信号，根据保存的数据分析光纤光栅波长随时间的变化，从而得到振动情况和摩擦系数。

本发明所述的方法中，质量块在来回振动过程中，将振动状况传递给振动传感器，同时将受到来回伸缩的弹簧的弹力传递给测力传感器，弹性钢片和弹性钢板随即都产生应变，应变信号同时传递给光纤光栅使其伸长或收缩从而引起波长变化，通过解调仪采集信号，根据解调后的光纤光栅波长变化量同时得到振动状况和弹力大小，而摩擦系数是利用公式通过振动和弹簧力计算而得，即完成了振动和摩擦系数的同时测量；

本发明所述的方法中，为获得一恒定的圆盘转速，需根据减速器减速比20:1来设定电机速度。

本发明所述的方法中，控制电机不同的转速，从小到大逐步增加转速，采集在圆盘不同转速下的光纤光栅信号；

本发明所述的方法中，在质量块运动过程中，通过振动传感器测出加速度，同时L型件传感器测出弹簧力，利用力学公式计算出摩擦力及摩擦系数，所以摩擦系数是同步测量出来的，整个过程是实时测量，即可同时得到测量过程中任一时刻的振动状况和摩擦系数，体现简谐运动相位的一致性。

具体地，本发明实施例中，如图1所示，圆盘式摩擦自激振动实验台主要包括以下四个组成部分：底座部分、支撑部分、驱动部分和激发部分，其中，底座部分包括底板和调整脚，支撑部分包括支撑架、铝型材桁架和阶梯轴，驱动部分包括伺服驱动器、伺服电机和减速器，而激发部分包括圆盘、质量块、弹性元件和导杆装置；将八个调整脚安装在底板底面四周处，同时调节各调整脚的高度使其保持水平状态；支撑架由其座板、竖板、肋板和上、下横板等组成，其中，座板、竖板、肋板和上横板通过焊接连接起来，而下横板通过螺栓固定在竖板上，将支撑架安装在底板顶面中心处；铝型材桁架是由八根铝型材通过T型螺栓、法兰螺母和外角件组装而成，包括矩形框架，立架和上、下横架，将矩形框架锁紧在底板的四条边上，从而将铝型材桁架固定在底板上；将伺服电机和减速器组装成一个整体，并安装到支撑架下横板底面上，将圆锥滚子轴承的内圈安装在阶梯轴(其大端焊接在圆盘底面中心处)上，外圈安装在上横板顶面上，从而把阶梯轴和圆盘通过圆锥滚子轴承安装在支撑架上，再通过梅花联轴器将减速器轴和阶梯轴联接起来；将质量块放置在圆盘上，在质量块左侧将测力传感器固定在上横架底部，测力传感器由连接块和弹性钢板组成，弹性钢板上端固定在连接块侧面上，下端与质量块侧面通过弹簧连接起来，在质量块右侧将导向装置固定在上横架底部，使光滑导杆依次穿过质量块导向孔、弹簧和弹性钢板导向孔，导向装置由L型件和光滑导杆组成，在光滑导杆一端设置有外螺纹，并通过螺母固定在L型件下端，在质量块上方将加速度传感器固定在其顶面上，加速度传感器由基座、弹性钢片和小质量块组成，在弹性钢片两端分别设置有连接孔，其中一端固定在基座上，而另一端将两个小质量块固定在其两侧。

实验原理

本测量方法基于摩擦自激振动实验台，实验台的整体装置如图1所示，通过圆盘的旋转和弹簧的牵引使质量块受到恒定摩擦力和交变弹力的共同作用，并在光滑导杆的导向作用下产生摩擦自激振动。

根据FBG应变传感模型，振动测量系统可以测量各种周期性运动(如简谐振动)产生的动态应变，应变通过振动质量块将运动传递给弹性钢片来完成。振动系统的参数包括速度、加速度、频率、振幅等，几者参数可以互相转换，一般若得知加速度和振动频率，就可以表示出剩下的参量，所以常用加速度来描述振动。根据以上原理，可为本实验台自制一振动传感器。测量系统将外界加速度转化为动态应变后，FBG的反射波长发生周期性变化，进而反映出加速度的变化。振动传感器结构如图3所示，弹性钢片的正反两面、即应变完全相反的两个位置上都贴上光栅，在本试验台中温度的变化梯度并不显著，传感器的两表面可以认为是处于同一温度环境，因此光栅所受温度影响相同，对波长变化的贡献也基本相同。在求解振动状况参数时将二者的波长相减，就可消去由温度变化引起的中心波长漂移，解决了这种应变与温度的交叉敏感问题。在质量块振动时，把基座固定在质量块上，基座与质量块同时振动，从而引起传感器上小质量块的振动，在惯性力的作用下弹性钢片产生应变，带动光纤光栅伸长和收缩，从而引起其布拉格波长的变化，通过探测布拉格波长变化所对应的光功率的变化来实现振动的测量。

测力传感器同样地也采用双光栅法，其结构如图4所示，在弹簧钢板的正反面对称布置2个光纤光栅来实现消除温度带来的影响，当温度升高时他们的温度将同时升高，元件受力时，光栅在弹簧钢片的正反两侧分布，因此，1个光栅受拉力，中心波长增大，1个光栅受压，中心波长减小。因为粘贴的2个光纤光栅是处于同一温度下，因此，二者受到温度的影响是相同的，用受到拉力的光纤光栅的波长变化值减去受到压力的光纤光栅的波长变化值，得到的波长变化值是消除了温度所带来的波长影响的波长变化值，从而获得当前被测物的应变值，再根据标定得到的应变-弹力系数计算出对应弹簧系统的弹簧力值。

由于光纤光栅解调仪共有4个通道，基于光纤光栅传感技术的自制振动传感器和测力传感器分别都有2个光纤光栅，刚好能够同时将所有的光纤光栅接入解调仪通道中，1个光纤光栅占用一个通道,实验中各光纤光栅位置及标号如图2所示。当圆盘旋转起来后，质量块开始产生摩擦自激振动，质量块的运动情况同时传递给振动传感器和测力传感器，振动传感器上的弹性钢片受振而产生应变，同时测力传感器是上的弹簧钢板受弹力也产生应变，从而同时导致弹性钢片和弹簧钢板上两对光纤光栅伸长或收缩，引起其各自波长发生变化，通过解调仪和解调软件采集一段时间内光纤光栅波长数据，即同时记录了振动信号和弹力信号，通过分析光纤光栅波长变化，分别乘以振动标定系数和弹力标定系数得到振动状况和弹力，而质量块所受摩擦力可运用相关公式由振动加速度和弹力求得，摩擦系数为摩擦力除以质量块正压力而得。由于所有光纤光栅都接入同一台解调仪的不同通道中，采集到的振动信号和弹力信号是同步的，即相位一致性，通过分析简谐运动中任一时刻的运动状态即可同时得到振动状况和摩擦系数这两个参数量，这样通过采集信号、分析与计算的方法就实现了摩擦自激振动过程中振动状况和摩擦系数的同时测量。

具体实验方案

在本实验中，需要测量两个参数，分别为振动状况和摩擦系数。在通过试验台测量实验之前，需要对振动传感器上光纤光栅进行加速度标定，以及测力传感器上光纤光栅与应变片进行拉力标定，再进行振动状况和摩擦系数的同时测量实验。

振动状况和摩擦系数的同时测量

由于振动传感器和测力传感器上分别贴有光纤光栅，将其依次接入解调仪后，可同时采集到摩擦自激振动过程中弹性钢片和弹簧钢板上的光纤光栅信号，通过解调软件保存的数据分别分析可同时得到振动情况和弹力变化。具体实验步骤如下：

1)先将实验装置中的各个零件按如图2所示连接，先用螺钉、螺母和压片将弹簧两端分别固定于质量块和L型件弹簧钢板上，L型件的连接块固定在铝型材的上横架上，将光滑导杆依次穿过质量块中心孔和弹簧钢板底端的圆孔，另一侧固定在L型支撑板上，支撑板的上端再固定于上横架上，以上固定结构均采用螺栓螺母方式连接。本次实验只使用一个质量块，因此直接将振动传感器底座放置在质量块上，用销固定，质量块距离圆盘中心为22cm。

2)将振动传感器弹性钢片上的1号、2号光纤光栅尾纤依次接入解调仪的1号、2号通道中，再将测力传感器弹簧钢板上的3号、4号光纤光栅尾纤接入到解调仪的3号、4号通道中，然后用网线将解调仪与计算机相连，接通解调仪电源，启动计算机上光纤光栅解调软件，在菜单下点击“连接”，接通解调仪与计算机信号传输，显示连接成功后可观测到4个通道中分别对应一个光纤光栅的中心波长，设置采样频率为4000Hz。

3)由于本试验台的电机配合减速机使用，减速比为20:1，通过伺服驱动器来控制圆盘转速，即设定转速：圆盘转速＝20:1。实验时在圆盘旋转之前先使质量块复位到弹簧原长位置，测量此时静态的波长，同样保存10s数据。然后设定圆盘转速为10r/min，当质量块在圆盘上开始产生摩擦自激振动后，再保存10s数据，将静态和振动状态时测得的数据文件以不同命名方式保存于计算机中。

4)重复步骤3)进行三次测量，进行下一次测量前都要先将试验台调停下来，然后使质量块复位，测量对应静态的波长，同样保存10s数据，之后再重新设定转速进行下一次实验。

5)增加圆盘转速进行测量，由于弹簧在10-60r/min内能够产生摩擦自激振动，所以设定圆盘转速分别为10、20、30、40、50、60r/min，重复步骤3)和4)，测量在不同转速下摩擦自激振动过程中的振动状况和摩擦系数，每组转速仍需重复三次测量，且进行下一次测量前都要先将试验台调停下来，然后使质量块复位，测量对应静态时的波长，同样保存10s数据，之后再重新设定转速进行下一次实验。

6)更换一根弹簧刚度不同的弹簧重复以上测量，设定不同的转速，测量10-60r/min内各光纤光栅的波长。

7)增加质量块的个数以增大质量，即增大摩擦力，仍重复以上测量步骤，在每种转速下测量三组。

8)通过Matlab对以上采集到的每种工况下的数据进行处理与分析，由振动传感器的标定系数和1号、2号光纤光栅的波长变化可得振动情况，由测力传感器的标定系数和3号、4号光纤光栅的波长变化可得弹簧弹力大小，再通过相关公式计算可得摩擦力和摩擦系数大小即完成了振动状况和摩擦系数的同时测量。

通过以上实验可完成摩擦自激振动过程中振动状况和摩擦系数的同时测量，运用Matlab和物理分析方法对采集到的1号、2号和3号、4号两对光纤光栅信号分别进行处理，然后绘出振动和弹力随时间变化的变化情况曲线，两者应呈正弦曲线，其变化情况是从同一时间开始，在同一时间结束，相位一致，分析任一时刻的数据都可同时得到摩擦自激振动过程中的振动状况和摩擦系数大小。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于光纤光栅传感技术在摩擦自激振动中振动状况和摩擦系数同时测量的装置，其特征在于，包括振动激发机构、振动传感器、测力传感器和解调仪；

振动激发机构包括圆盘及其旋转驱动机构，该圆盘上放置随圆盘转动做简谐振动的振子机构，该振子机构包括质量块、弹簧和导向机构，弹簧的一端固定在质量块上，弹簧和质量块均穿设在该导向机构上；

振动传感器包括基座、弹性钢片和小质量块，基座固定在质量块上，弹性钢片一端固定在基座上，另一端固定小质量块，弹性钢片两侧各固定一个光纤光栅，两个光纤光栅沿竖直中心线方向对称布置；

测力传感器包括弹性活动边，弹性活动边为弹性钢板；弹性活动边的一端固定，另一端与弹簧的另一端相连，弹性活动边的两侧各固定一个光纤光栅，两个光纤光栅沿竖直中心线方向对称布置；该测力传感器还包括连接块，其用于固定弹性活动边并与其形成L型；

解调仪与所有光纤光栅的尾纤连接，将光纤光栅接入不同的通道，并对光纤光栅信号进行解调。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，光纤光栅采用环氧树脂AB密封胶封装。

3.一种基于光纤光栅传感技术在摩擦自激振动中振动状况和摩擦系数同时测量的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1的装置，具体包括以下步骤：

将弹性钢片上的两个光纤光栅尾纤依次接入解调仪的1号和2号通道中；

将测力传感器弹性钢板上的两个光纤光栅尾纤依次接入解调仪的3号和4号通道中；

通过旋转驱动机构为圆盘设定一恒定转速，使圆盘旋转起来，质量块在圆盘上产生摩擦自激振动；

质量块在来回振动过程中，将振动状况传递给振动传感器，同时将受到来回伸缩的弹簧的弹力传递给测力传感器，弹性钢片和弹性活动边随即都产生应变，应变信号同时传递给光纤光栅使其伸长或收缩从而引起波长变化；

通过解调仪采集信号，根据解调后的光纤光栅波长变化量同时得到振动状况和弹力大小，而摩擦系数利用公式通过振动和弹簧力计算而得，即完成了振动和摩擦系数的同时测量；

解调仪采集摩擦自激振动过程中一段时间内的光纤光栅信号，根据保存的数据分析光纤光栅波长随时间的变化量，根据解调后的光纤光栅波长变化量得到振动状况和弹力大小，通过振动和弹力计算摩擦系数。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，还包括以下步骤：

通过旋转驱动机构设定一定梯度的转速，从小到大逐步增加转速，通过解调仪采集不同转速时振动传感器和测力传感器上的光纤光栅信号，完成不同转速时摩擦自激振动的振动状况和摩擦系数的同时测量。