CN114485898A - 光学无源微型振动传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学无源微型振动传感器,包括依次连接的振子组件和F‑P腔组件。解决了现有振动测量技术灵敏度低、抗干扰能力差、测量精度及制作工艺复杂等难题,可用于制作测量振动信号的高精度传感器;该测量装置原理利用弹簧振子感应器件振动并传递至F‑P腔的敏感面产生形变,基于F‑P光纤传感技术监测装置的振动信号,通过光纤解调仪将光信号转化为电信号,最后实现振动信号的检测,具有无源、高精度、高响应度、抗干扰能力强等良好性能。
Description
技术领域
本发明属于光学传感技术领域,涉及一种光学无源微型振动传感器。
背景技术
如今,大型电机组向着大容量、高参数等方向发展,其中汽轮发电机作为火电和核电的关键设备,汽轮发电机组运行状态的好坏直接影响着整个电力系统。如果汽轮发电机组在运行时发生故障,将会对电网以及电厂的经济效益产生巨大影响。
为了避免汽轮发电机组故障的发生,国内外开始对汽轮发电机组振动监测与故障诊断技术进行研究。振动监测是一种有效监测设备运行状态的方式。汽轮发电机组在工作时会产生机械振动,所产生的振动信号中包含着大量信息,通过监测振动信号,工作人员可以查看汽轮发电机组的运行状态,当监测到振动信号出现异常时,可对设备进行提前维修,才能避免事故的发生,尽可能的减少财产损失。传统的振动检测方法有机械式和电学式,这两种方法的传感端都需要外加电源使其工作,且灵敏度低,抗干扰能力差,在一些干扰较大的环境下对传感信号有很大影响。而利用全光纤无源传感技术的优异的抗电磁干扰能力、高精度、低成本、结构简单等特点构建智能传感监测网络显得越来越重要。在汽轮发电机组出现故障初期,所造成的影响比较小,维修成本较低,通过对汽轮发电机组振动进行监测可以有效的在故障初期将其解决,避免更大故障的发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学无源微型振动传感器,解决了现有振动测量技术存在的灵敏度低、抗干扰能力差、测量精度及制作工艺复杂的问题。
本发明所采用的技术方案是,光学无源微型振动传感器,包括依次连接的振子组件和F-P腔组件。
本发明的特点还在于:
振子组件包括连接层,连接层中心处设有空腔B,空腔B的中心处设有弹簧,弹簧的上端连接在支撑层的底部,弹簧的下端连接有质量块,质量块与F-P腔组件连接。
F-P腔组件包括硅层,硅层与支撑层之间设有敏感膜,硅层的中心处设有空腔A,空腔A的上下两侧分别设有反射面,硅层的底部设有双抛硅片,双抛硅片的中心处连接有光纤。
光纤为准直扩束光纤。
式中,n为法珀腔内介质折射率,L为腔长,λ为入射光波长,θ为反射光与反射平面法线的夹角。
本发明的有益效果如下:
1.光纤传感器为无源器件,电绝缘性好,抗电磁干扰;
2.光纤传感器适合于强电磁干扰及易燃易爆场合使用;
3.通过复用技术光纤传感器可进行串/并联复用,形成传感器网络或者阵列,实现了光纤传感器分布式传感测量,符合“物联网+”应用技术发展需求,可以形成“光纤传感网”;
4.光纤传输光波损耗小,可实现远距离测量和控制。
附图说明
图1是本发明光学无源微型振动传感器的结构示意图。
图中,1.支撑层,2.连接层,3.敏感膜,4.硅层,5.双抛硅片,6.光纤,7.反射面,8.弹簧振子,9.质量块,10.空腔A,11.空腔B。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明光学无源微型振动传感器,如图1所示,包括依次连接的振子组件和F-P腔组件;F-P腔组件包括依次连接的敏感膜3、硅层4。
硅层4为F-P腔主体,硅层4的中心处设有空腔A10,空腔A10是光进行折反射的场所;空腔A10的上下两侧分别设有反射面7,敏感膜3的下端面与位于空腔A10上表面的反射面7相接;反射面7为高反射膜。
硅层4的下方设有双抛硅片5,双抛硅片5的中心处设有圆通孔,该圆通孔中可通入光纤6。位于空腔A10下侧的反射面7与该圆通孔相应的位置处设有通孔A,光纤6依次穿过圆通孔和通孔A进入空腔A10;
振子组件包括依次连接在支撑层1上的弹簧8,弹簧8的一端连接在支撑层1上,弹簧8的另一端连接质量块9,质量块9设置在敏感膜3的上表面。
即在弹簧8受到质量块9重力的拉伸作用下自然接触。支撑层1与敏感膜3之间设有连接层2,连接层2中设有空腔B11,空腔B11内设有振子组件。
光纤6为准直扩束光纤,准直扩束光纤将敏感膜3导致的法珀腔长形变量转化为光信号,珀腔长变化量与振动之间有一定数量关系,由此可以确定所测振动量。并通过光纤解调仪进行光电信号转换,将转换后的电信号上传至智能终端进行数据处理,实现对振动的监测。
本发明光学无源微型振动传感器的工作过程为:在电动机、发电机这些电力设备产生振动时,安装于电力设备的该传感器受迫振动,导致传感器内的弹簧8振动,质量块9压迫敏感膜3形变,进而使F-P腔腔长发生变化,并产生干涉相位差,由此通过光纤6接受光信号并传输至光纤解调仪中进行解调进行光电转换,将转换后的电信号上传至智能终端进行数据处理,实现对装置振动的测量。
式中,n为法珀腔内介质折射率,L为腔长,λ为入射光波长,θ为反射光与反射平面法线的夹角。
本发明光学无源微型振动传感器的特点为,解决了现有振动测量技术灵敏度低、抗干扰能力差、测量精度及制作工艺复杂等难题,可用于制作测量振动信号的高精度传感器;该测量装置原理利用弹簧振子感应器件振动并传递至F-P腔的敏感面产生形变,基于F-P光纤传感技术监测装置的振动信号,通过光纤解调仪将光信号转化为电信号,最后实现振动信号的检测,具有无源、高精度、高响应度、抗干扰能力强等良好性能。
Claims (5)
1.光学无源微型振动传感器,其特征在于:包括依次连接的振子组件和F-P腔组件。
2.根据权利要求1所述的光学无源微型振动传感器,其特征在于:所述振子组件包括连接层,连接层中心处设有空腔B,空腔B的中心处设有弹簧,弹簧的上端连接在支撑层的底部,弹簧的下端连接有质量块,质量块与F-P腔组件连接。
3.根据权利要求2所述的光学无源微型振动传感器,其特征在于:所述F-P腔组件包括硅层,硅层与支撑层之间设有敏感膜,硅层的中心处设有空腔A,空腔A的上下两侧分别设有反射面,硅层的底部设有双抛硅片,双抛硅片的中心处连接有光纤。
4.根据权利要求3所述的光学无源微型振动传感器,其特征在于:所述光纤为准直扩束光纤。
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