一种不锈钢毛细管和Polymer增敏结构的高频FBG加速度传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种不锈钢毛细管和Polymer增敏结构的高频FBG加速度传感器，属于光电子测量技术领域。本实用新型专利技术包括聚四氟乙烯固定外壳、不锈钢毛细管、光纤Bragg光栅、导出光纤、弹性金属薄片；所述不锈钢毛细管外侧两边固定于聚四氟乙烯固定外壳空心圆筒中，把光纤Bragg光栅预拉伸后粘贴在弹性金属薄片上，粘贴有光纤Bragg光栅的弹性金属薄片放入不锈钢毛细管中央，导出光纤从不锈钢毛细管两边引出。本实用新型专利技术能够在较高的振动频率的基础上实现高灵敏度测量；本设计能够实现微小直径封装，可以适用于安装空间较小的测量对象中进行振动监测；通过采用光纤Bragg光栅，具有较强的抗电磁干扰能力和耐腐蚀能力适用于对变压器的长期监测；结构简单，便于操作。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种不锈钢毛细管和Polymer增敏结构的高频FBG加速度传感器，属于光电子测量

技术介绍
电力变压器的工作环境恶劣，且其工作效率比较低，因此存在很大的漏磁，形成较强的电磁干扰，电力变压器的工作温度很高，即使是外壳也可能达到70度左右的高温。变压器的振动监测环境处于高电压、高磁场、高温度的恶劣环境中，变压器的振动频率范围大致在10～2000Hz。目前可用于变压器振动检测的传感器基本都是电磁式传感器，常见的有电涡流传感器、压电传感器等，其共同特点就是抗电磁干扰能力差，信号远程传输能力弱。光纤传感器具有本质安全、具有抗电磁干扰、信号可远距离传输等优点，成为近年来学者研究的热点。光纤传感器虽然在强电磁环境中进行变压器振动在线监测具有天然的优势，但是目前的光纤传感器多用于静态量的检测，如火灾报警、应变测量等，能用于动态测量的传感器非常少，光纤光栅加速度传感器是目前的一个研究热点。各种光纤光栅加速度传感器发展迅速而且种类繁多。悬臂梁式光纤光栅加速度传感器因其结构简单性能稳定，得到了众多学者的青睐，从初期将光栅直接贴附于悬臂梁到其衍伸结构(如两点固定式)，但悬臂梁自身难以实现高频范围测量，多数只能在低频范围应用，阻碍了其发展。通过采用光纤Bragg光栅高频加速度传感器对电力变压器进行实时在线振动监测时，需要考虑加速度传感器的构成、封装直径和材料。
技术实现思路
本技术提供了一种不锈钢毛细管和Polymer增敏结构的高频FBG加速度传感器及其使用方法，以用于解决对变压器振动实时在线检测时光纤Bragg光栅高频加速度传感器的结构、安装的问题。本技术的技术方案是：一种不锈钢毛细管和Polymer增敏结构的高频FBG加速度传感器，包括聚四氟乙烯固定外壳1、不锈钢毛细管2、光纤Bragg光栅3、导出光纤4、弹性金属薄片6；所述不锈钢毛细管2外侧两边固定于外径为5mm的聚四氟乙烯固定外壳1空心圆筒中，把光纤Bragg光栅3预拉伸1000个微应变后粘贴在弹性金属薄片6上，粘贴有光纤Bragg光栅3的弹性金属薄片6放入内径为0.8mm的不锈钢毛细管2中央，导出光纤4从不锈钢毛细管2两边引出。所述弹性金属薄片6两边分别嵌入到位于不锈钢毛细管2中两侧的Polymer填充物Ⅰ5、Polymer填充物Ⅱ7中。所述Polymer填充物Ⅰ5、Polymer填充物Ⅱ7为从不锈钢毛细管2的两边灌入Polymer液体并固化。本技术的工作原理是：根据材料力学对简支梁振动的计算分析，简支梁的固有频率f0可表示为： f 0 = 1 2 π ( π l ) 2 E I ρ s - - - ( 1 ) ]]>其中：l为不锈钢毛细管2的长度，E为不锈钢毛细管2弹性模量，I为惯性矩，ρ为不锈钢毛细管2密度，s为不锈钢毛细管2的横截面积。不锈钢毛细管2带动Polymer填充物Ⅰ5、Polymer填充物Ⅱ7以及和Polymer连接的弹性金属薄片6一起振动，弹性金属薄片6导致光纤Bragg光栅3所产生的应变ε与所测加速度a的关系可表示为： ϵ = 3 ml 1 4 bh 2 E 1 a - - - ( 2 ) ]]>式中：m为弹性金属薄片6的质量，l1为弹性金属薄片6的长度，b为弹性金属薄片6的宽度，h为弹性金属薄片6的厚度，E1为弹性金属薄片6的弹性模量。粘贴在弹性金属薄片6上的光纤Bragg光栅3的应变ε与波长变化量Δλ的关系可表示为：Δλ＝(1-Pe)λε (3)式中：Pe为光纤Bragg光栅3的有效弹光系数，λ为光纤Bragg光栅3的中心波长。联立式(2)、(3)传感器的灵敏度可表达为： S = Δ λ a = ( 1 - P e ) λ 3 ml 1 4 bh 2 E 1 - - - ( 4 ) ]]>(4)式可转化为： S = Δ λ a = ( 1 - P e ) λ 3 l 1 2 ρ 1 s 1 4 bh 2 E 1 - - - ( 5 ) ]]>式中：ρ1为弹性金属薄片6的密度，s1为弹性金属薄片6的横截面积。本技术的有益效果是：1、当传感器固定在待测物体上并随物体一起振动时，不锈钢毛细管将带动Polymer填充物一起振动，Polymer填充物把振动信号传递到金属薄片并使FBG作应变变化，将导致光纤光栅的波长产生相应的变化，进而引起FBG布拉格波长的变化，振动的加速度信号被调制为波长的变化信号。本设计选择不锈钢毛细管并运用Polym本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不锈钢毛细管和Polymer增敏结构的高频FBG加速度传感器，其特征在于：包括聚四氟乙烯固定外壳(1)、不锈钢毛细管(2)、光纤Bragg光栅(3)、导出光纤(4)、弹性金属薄片(6)；所述不锈钢毛细管(2)外侧两边固定于聚四氟乙烯固定外壳(1)空心圆筒中，把光纤Bragg光栅(3)预拉伸后粘贴在弹性金属薄片(6)上，粘贴有光纤Bragg光栅(3)的弹性金属薄片(6)放入不锈钢毛细管(2)中央，导出光纤(4)从不锈钢毛细管(2)两边引出。

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢毛细管和Polymer增敏结构的高频FBG加速度传感器，其特征在于：包括聚四氟乙烯固定外壳(1)、不锈钢毛细管(2)、光纤Bragg光栅(3)、导出光纤(4)、弹性金属薄片(6)；所述不锈钢毛细管(2)外侧两边固定于聚四氟乙烯固定外壳(1)空心圆筒中，把光纤Bragg光栅(3)预拉伸后粘贴在弹性金属薄片(6)上，粘贴有光纤Bragg光栅(3)的弹性金属薄片(6)放入不锈钢毛细管(2)中央，导出光纤(4)从不锈钢毛细管(2)两边引...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢涛，王行，李川，李英娜，赵振刚，刘爱莲，张长胜，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：云南;53