CN2622684Y - 一种用于薄结构振动测量的新型光纤传感器 - Google Patents

一种用于薄结构振动测量的新型光纤传感器 Download PDF

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司徒忠
郑莹娜
周铃
王晓慧
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Abstract

本实用新型是一种用于薄结构振动测量的光纤传感器，其中光纤(1)上加工有若干个敏感区(2)。上述若干个敏感区(2)的长度L、深度h可相同，也可不相同。上述若干个敏感区(2)中，其相邻两敏感区的步长a可相同，也可不相同。本实用新型用于检测时，由于光沿光纤传播过程中在该敏感区产生一部分损耗，该损耗是曲率变化的函数，由此实现了对光输出端光强的调制。同时，本实用新型通过敏感区参数的匹配，实现振动模态的分布式测量，即保证在测量一种振型时，其它振型在该光纤上无传感信号输出，实现了振动位移模态的分解和检测。另外，本实用新型无需耦合器件，其结构简单，灵敏度高。本实用新型是一种设计巧妙的用于薄结构振动测量的新型光纤传感器。

Description

一种用于薄结构振动测量的新型光纤传感器
1、技术领域：
本实用新型是一种用于薄结构振动测量的光纤传感器，属于光纤传感器的改造技术。
2、背景技术：
薄结构(臂、梁、平板、壳体及圆柱体等)在科学研究和工程实际中应用十分广泛，但薄结构在受到动态激励或干扰时，特别容易产生振动和噪声，以至不仅降低其系统的性能，甚至会危及人们的身体健康及生命安全，因此，必须对其产生的振动和噪声进行检测，并加以控制，传统的测量方法是将大量的加速度传感器放置在结构的表面上，通过各点测量推算出结构整体的振动状态，显然，这种方法测量振动频率和振幅的能力是有限的，满足不了实际应用中所需的越来越高的精度要求。现有的应变传感器(如光纤干涉应变传感器、压电薄膜、电阻应变丝及碳纤维传感元件等)虽然最高灵敏度可达到0.5微应变，但用于薄结构振动测量时，由于薄结构应变幅值很小，也难于满足较高的精度要求。而且对于具有多种振动模态的结构振动，也无法实现模态的分解和检测。
3、发明内容：
本实用新型的目的在于克服上述缺点而提供一种不仅检测精度高，而且结构简单的用于薄结构振动测量的新型光纤传感器。
本实用新型的结构示意图如附图所示，其中光纤(1)上加工有若干个敏感区(2)。
上述若干个敏感区(2)的长度L、深度h可相同，也可不相同。
上述若干个敏感区(2)中，其相邻两敏感区的步长a可相同，也可不相同。
上述光纤(1)的直径为1mm，敏感区(2)的长度L可为5～15mm，深度h可为100～700um。
上述相邻两敏感区的步长a可为5～15cm。
本实用新型的由于采用在光纤上加工有若干个敏感区的结构，由于光沿光纤传播过程中在该敏感区产生一部分损耗，该损耗是曲率变化的函数，由此实现了对光输出端光强的调制，由于光纤对弯曲变形的阻力很小，结构曲率的变化信号不是局部的反映，这样由于埋入结构内的光纤传感器引起的材料特性的不连续性，不能造成光纤和结构之间的曲率差别，从而消除了在应变测量中存在的被测量的真实信号和虚假信号之间的模糊性，提高检测精度。同时，本实用新型通过敏感区参数的匹配，实现振动模态的分布式测量，即保证在测量一种振型时，其它振型在该光纤上无传感信号输出，实现了振动位移模态的分解和检测。另外，本实用新型无需耦合器件，其结构简单，灵敏度高。本实用新型是一种设计巧妙的用于薄结构振动测量的新型光纤传感器。
4、附图说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型用于薄结构振动测量的实验系统原理图。
5、具体实施方式：
实施例：
本实用新型的结构示意图如图1所示，其中光纤(1)上加工有若干个敏感区(2)。
上述若干个敏感区(2)的长度L、深度h可相同，也可不相同，本实施例中，若干个敏感区(2)的长度L、深度h相同，长度L、深度h的大小按实现最佳灵敏度进行参数匹配。本实施例中，上述光纤(1)的直径为1mm，敏感区(2)的长度L可为5～15mm，深度h可为100～700um。
上述若干个敏感区(2)中，其相邻两敏感区的步长a可相同，也可不相同，本实施例中，相邻两敏感区的步长a相同，其大小根据测量的振动模态设定，本实施例中，相邻两敏感区的步长a可为5～15cm。
本实用新型在测量时，通过对敏感区(2)的长度L，深度h及相邻两敏感区的步长a进行参数的匹配，实现振动模态的分布式测量，即实现一种振动模态的测量，且只能测量该种振型，保证在测量一种振型时，其它振型在该光纤上无传感信号输出，实现了振动位移模态的分解和检测。
本实用新型用于薄结构振动测量的实验系统原理图如图2所示，包括有光发射器A、激振器B及光电信号检测系统等，检测时，按已知的振型加工出相应的光纤，将光纤粘贴或埋入悬臂梁，且使其分别与光发射器A及光电信号检测系统连接，利用激振器B产生不同的振幅和频率激励悬臂梁的自由端，使悬臂梁产生已知振型的振动，通过传感器的输出信号获得已知振型的振幅和频率，建立薄结构振动模态检测的数学模型，并根据获得的信息，实时控制激振器的动作，使悬臂梁的自由端保持在准静态位置，以验证该振动模态检测的可行性。

Claims (5)

1、一种用于薄结构振动测量的新型光纤传感器，其特征在于光纤(1)上加工有若干个敏感区(2)。
2、根据权利要求1所述的用于薄结构振动测量的新型光纤传感器，其特征在于上述若干个敏感区(2)的长度L、深度h可相同，也可不相同。
3、根据权利要求1所述的用于薄结构振动测量的新型光纤传感器，其特征在于上述若干个敏感区(2)中，其相邻两敏感区的步长a可相同，也可不相同。
4、根据权利要求1或2或3所述的用于薄结构振动测量的新型光纤传感器，其特征在于上述光纤(1)的直径为1mm，敏感区(2)的长度L可为5～15mm，深度h可为100～700um。
5、根据权利要求4所述的用于薄结构振动测量的新型光纤传感器，其特征在于上述相邻两敏感区的步长a可为5～15cm。
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