CN211317502U - 一种齿轮振型检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种基于光纤光栅应变检测的齿轮振型检测系统，该检测系统包括ASE宽带光源、光纤环行器、光纤光栅应变传感器、光电探测单元和电处理单元。本实用新型利用光纤光栅应变传感器测得齿轮盘工作状态下表面应变变化，将应变变化转化为光纤光栅中心波长变化，然后将光信号通过光电转化和信号处理实现应变信号的检测。本实用新型主要用于齿轮盘的振型检测，具有灵敏度高，响应速度快，响应频带宽，传输距离远，抗电磁干扰能力强，测量精度高，硬件成本低廉、运算速度快等优点，可以有效、精确地测出齿轮盘的模态振型。

Description

一种齿轮振型检测系统

技术领域

本实用新型属于光纤光栅检测技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅应变检测的齿轮振型检测系统。

背景技术

光纤光栅传感器作为一种特殊的光纤传感器，不仅拥有普通光纤传感器的优点还具备很多其他特性。它是一种波长调制型传感器，通过检测光的中心波长的变化值来获取被测量的物理信息。所以既不需要担心光纤弯折损耗对于光强的影响，也不会影响到光路的灵活搭接。和传统的电类传感器相比较，光纤光栅传感器化学性能好，耐腐蚀，抗电磁干扰。因此，光纤光栅传感技术在桥梁道路结构健康监测、生物医学、航空航天器、船舶、武器以及地质灾害预测等领域得到了广泛的应用。

目前，齿轮振型检测技术主要以压电陶瓷加速度传感器或者声压传感器为主。虽然压电陶瓷加速度传感器具有较高的灵敏度和精度，但是不抗电磁干扰。并且压电陶瓷加速度传感器本身及其传输线对于较轻的齿轮盘来说附加质量过大，对齿轮盘本身的固有频率及其重根模态的振型都有着较大的影响，而声压传感器虽然抗电磁干扰，而且由于其是非接触测量，所以不会对齿轮盘产生附加质量的影响，但是声压传感器对于环境噪声的要求较为严格，所以常在实验室条件下进行实验模态分析，而在工业现场较为复杂的工作环境下，目前尚未能进行运行模态分析。而光纤抗强电磁干扰、质量轻、体积小、耐腐蚀、损耗低等优点，则使它能在恶劣环境下正常工作

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型提出一种基于光纤光栅应变检测的齿轮振型检测系统，以解决如何准确检测齿轮振型的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种基于光纤光栅应变检测的齿轮振型检测系统，该检测系统包括ASE宽带光源、光纤环行器、光纤光栅应变传感器、光电探测单元和电处理单元；其中，

ASE宽带光源与光纤环行器的A端相连，光纤环行器的B端与光纤光栅应变传感器相连；光纤环行器的C端与光电探测单相连元，光电探测单元与电处理单元相连，电处理单元与上位机相连；

光电探测单元包括准直透镜、色散单元、聚光透镜和探测单元；电处理单元包括控制电路、DSP电路和存储器；其中，

ASE宽带光源发出的光由光纤环行器的A端输入，然后从光纤环行器的B端进入到光纤光栅应变传感器，从光纤光栅应变传感器反射回来的光再从光纤环行器的B端输入；从光纤环行器的C端输出的光经准直透镜准直并照射在色散单元上，多波长的光产生衍射色散，不同波长的光被色散单元分开并形成衍射带，衍射带最后通过聚光透镜聚焦照射在探测单元的不同位置上，不同波长的光信号被探测单元探测并被转换成电信号，包含光谱信息的电信号随后经由控制电路被传输到DSP电路进行处理并存储至存储器；由上位机读取存储器中的数据。

进一步地，色散单元采用全息体相位光栅。

进一步地，探测单元采用铟砷化镓探测阵列。

进一步地，ASE宽带光源的带宽为1525-1565m，输出光功率为0-10mw，光谱平坦度≤1.5dB。

进一步地，光纤环行器的波长范围为1525-1610nm，接头为FC/APC。

(三)有益效果

本实用新型提出一种基于光纤光栅应变检测的齿轮振型检测系统，该检测系统包括ASE宽带光源、光纤环行器、光纤光栅应变传感器、光电探测单元和电处理单元。本实用新型利用光纤光栅应变传感器测得齿轮盘工作状态下表面应变变化，将应变变化转化为光纤光栅中心波长变化，然后将光信号通过光电转化和信号处理实现应变信号的检测。本实用新型主要用于齿轮盘的振型检测，具有灵敏度高，响应速度快，响应频带宽，传输距离远，抗电磁干扰能力强，测量精度高，硬件成本低廉、运算速度快等优点，可以有效、精确地测出齿轮盘的模态振型。

附图说明

图1为本实用新型实施例的齿轮振型检测系统原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种基于光纤光栅应变检测的齿轮振型检测系统，其组成如图1所示，主要包括ASE宽带光源1、光纤环行器2、光纤光栅应变传感器3、光电探测单元和电处理单元8。其中，ASE宽带光源1与光纤环行器2的A端相连，光纤环行器2的B端与光纤光栅应变传感器3相连；光纤环行器2的C端与光电探测单相连元，光电探测单元与电处理单元8相连，电处理单元8再与上位机相连。

在本实施例中，光电探测单元包括准直透镜4、色散单元5、聚光透镜6和探测单元7，电处理单元8包括控制电路9、DSP电路10和存储器11。ASE宽带光源1发出的光由光纤环行器2的A端输入，然后从光纤环行器2的B端进入到光纤光栅应变传感器3，从光纤光栅应变传感器3反射回来的光再从光纤环行器2的B端输入；从光纤环行器2的C端输出的光经准直透镜4准直并照射在采用全息体相位光栅的色散单元5上，多波长的光产生衍射色散，不同波长的光被体相位光栅分开并形成衍射带，衍射带最后通过聚光透镜6聚焦照射在采用铟砷化镓(InGaAs)探测阵列的探测单元7的不同位置上，不同波长的光信号被探测单元7探测并被转换成电信号，包含光谱信息的电信号随后经由控制电路9被传输到DSP电路10进行处理并存储至存储器11。上位机可以通过串口(RS-2232或USB)或并口读取存储器11中的原始数据和处理数据。

在本实施例中，ASE宽带光源1的带宽为1525-1565m，输出光功率为0-10mw，光谱平坦度≤1.5dB。光纤环行器2的波长范围为1525-1610nm，接头为FC/APC。

采用本实施例的检测系统，对齿轮振型进行检测的方法，具体包括如下步骤：将待测齿轮的齿轮盘表面沿径向进行3等分，沿周向进行8等分，共获得24个检测点；将24个光纤光栅应变传感器3熔接成一串，粘贴光纤光栅应变传感器3前将齿轮盘表面用500目砂纸打磨干净，之后用酒精棉擦拭干净，使用502胶将光纤光栅应变传感器3沿切线方向粘贴在齿轮盘表面；使用钢柱支撑齿轮，力锤敲击齿轮盘表面，每次敲击一个点就采集一次数据。为了激励起更高的频率，锤头选用金属头。

本实用新型与现有技术相比，优点在于：以压电陶瓷加速度传感器检测信号，抗电磁干扰能力差，并且本身质量对齿轮盘产生较大影响；以声压传感器检测信号，对噪声环境要求较为严格；而本实用新型采用光纤光栅传感器，能够精确测出齿轮盘振型和重根模态，其响应速度更快，解调精度更高。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种齿轮振型检测系统，其特征在于，所述检测系统包括ASE宽带光源、光纤环行器、光纤光栅应变传感器、光电探测单元和电处理单元；其中，

所述ASE宽带光源与光纤环行器的A端相连，所述光纤环行器的B端与所述光纤光栅应变传感器相连；所述光纤环行器的C端与所述光电探测单相连元，所述光电探测单元与电处理单元相连，所述电处理单元与上位机相连；

所述光电探测单元包括准直透镜、色散单元、聚光透镜和探测单元；所述电处理单元包括控制电路、DSP电路和存储器；其中，

所述ASE宽带光源发出的光由所述光纤环行器的A端输入，然后从所述光纤环行器的B端进入到所述光纤光栅应变传感器，所述从光纤光栅应变传感器反射回来的光再从所述光纤环行器的B端输入；从所述光纤环行器的C端输出的光经所述准直透镜准直并照射在所述色散单元上，多波长的光产生衍射色散，不同波长的光被所述色散单元分开并形成衍射带，衍射带最后通过所述聚光透镜聚焦照射在所述探测单元的不同位置上，不同波长的光信号被所述探测单元探测并被转换成电信号，包含光谱信息的电信号随后经由所述控制电路被传输到所述DSP电路进行处理并存储至所述存储器；由上位机读取所述存储器中的数据。

2.如权利要求1所述的齿轮振型检测系统，其特征在于，所述色散单元采用全息体相位光栅。

3.如权利要求1所述的齿轮振型检测系统，其特征在于，所述探测单元采用铟砷化镓探测阵列。

4.如权利要求1所述的齿轮振型检测系统，其特征在于，所述ASE宽带光源的带宽为1525-1565m，输出光功率为0-10mw，光谱平坦度≤1.5dB。

5.如权利要求1所述的齿轮振型检测系统，其特征在于，所述光纤环行器的波长范围为1525-1610nm，接头为FC/APC。

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