振动传感器及使用该振动传感器的检测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种振动传感器，包括光纤跳线FC、法兰、簧片、振子和带空腔的壳体，光纤跳线FC通过法兰固定在带内腔的壳体上，光纤跳线FC端面作为第一反射面；簧片呈L型，其长臂与振子紧固安装，其短臂通过带防震垫圈的螺丝固定在壳体内壁上；振子置于空腔内，其靠近光纤跳线FC端面的镀膜端面作为第二反射面；振子端面与光纤跳线FC端面具有间隙，形成反射腔；当被测物体发生振动时，壳体将振动传给簧片，使簧片上的振子发生振动；反射光强随光纤跳线FC端面和振子端面之间间隙的变化而变化；通过检测反射光强度的变化，实现振动检测。本实用新型专利技术还提供一种使用该振动传感器的检测系统。该振动传感器和检测系统能实现高频振动检测。

【技术实现步骤摘要】
振动传感器及使用该振动传感器的检测系统
本技术属于振动检测领域，具体涉及一种振动传感器及使用该振动传感器的检测系统。
技术介绍
光纤传感技术以光信号的变化(强度、频率、相位)作为检测手段，因本质无源，防电磁干扰，近年来得到了广泛地发展。在光纤传感
，基于光纤光栅的振动传感器得到很大地应用。基于光纤光栅的振动传感器其原理是：在振动状态下，光纤光栅受到外力的作用，栅距发生变化，进而影响光栅中心波长的变化，通过检测光栅反射波长或匹配光栅反射谱光功率的变化来检测振动的频率。由于光栅受材料因素的限制，光纤光栅的弹性模量以及光栅通过粘胶附着在振子弹片的封装方式，导致基于光纤光栅的振动传感器无法检测高频振动信号(对于大于4KHZ的振动不具敏感性)，无法实现真正意义上的高频振动检测。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种振动传感器及使用该振动传感器的检测系统，该振动传感器和检测系统能实现高频振动检测。本技术所采用的技术方案是：一种振动传感器，包括：光纤跳线FC，通过法兰固定在带内腔的壳体上，光纤跳线FC端面作为第一反射面，光纤跳线FC不仅作为光传输介质，而且是构成反射腔的组件；簧片，呈L型，与振子组合构成简洁适用的振动检测机构；其长臂与振子紧固连接，其短臂通过带防震垫圈的螺丝固定在壳体内壁上；振子，置于空腔内，其一端靠近光纤跳线FC端面的镀膜端面作为第二反射面；振子的镀膜端面与光纤跳线FC端面平行设置，且振子的镀膜端面与光纤跳线FC端面之间具有间隙，形成反射腔；光源信号传输到光纤跳线FC端面时产生菲涅耳反射和透射,透射光入射到振子的镀膜端面时再次产生菲涅耳反射，反射光束经过多次干涉效应，造成反射回波光强的相干增强或相干相消；当被测物体发生振动时，壳体将振动传给簧片，使簧片上的振子发生振动；反射光强随光纤跳线FC端面和镀膜端面之间间隙的变化而变化；通过检测反射光强度的变化，实现振动检测。按上述方案，所述壳体呈扁矩形，设有与被测物体连接的底座；在壳体上部偏左侧开圆孔，用于固定/安装法兰；壳体盖下沉安装在壳体凹槽内,通过螺丝紧固。按上述方案，间隙为0.15-0.25mm，该间隙大小综合考虑了光传输过程的损耗和振子振动的自由度。本技术还提供一种检测系统，该检测系统至少包括上述振动传感器，以及LED光源、3DB耦合器、光敏管、信号放大和信号处理模块、显示器，LED光源通过光纤将光信号传递给3DB耦合器，3DB耦合器通过外置光纤将该光信号传递给振动传感器的光纤跳线FC，振动传感器的光纤跳线FC再将信号传递给3DB耦合器，3DB耦合器、光敏管、信号放大和信号处理模块、显示器依次连接。当被测物体振动时，振动传感器将检测到的反射光强度传递给光敏管，光敏管将光信号转化为电信号，电信号经信号放大和信号处理模块处理后在显示器上显示被测物体的振动数据。按上述方案，所述LED光源置于检测系统本体内。本技术的有益效果在于：本技术以光纤端面和振子端面作为反射面，反射光强度的变化对端面间的间隙变化极具敏感性，反射光强度的频率变化完全由反射端面间隙的变化频率引起。由于反射波光强的变化频率与光纤材料的频响特性无关，只与簧片的弹性模量相关。因而，可实现高频振动检测，其检测频率高：振动检测频带宽为20HZ-33.3KHZ；振动传感器的结构简洁，性能稳定，因而使用该振动传感器的检测系统的性能也很稳定；反射光强度对反射端面间隙极具敏感性，因而使振动传感器具有很高的灵敏度和精度，因而使用该振动传感器的检测系统也具有很高的灵敏度和精度；采用法兰将光纤与振动传感器连接，极方便工程上使用，便于现场的安装和拆卸。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中：图1是本技术振动传感器的结构示意图；图2是本技术检测系统的结构示意图。其中：1、光纤跳线FC，2、法兰，3、间隙，4、振子，5、壳体，6、簧片，7、光纤跳线FC端面，8、镀膜端面。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术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技术，并不用于限定本技术。参见图1，一种振动传感器，包括法兰2、振子4、簧片6和带空腔的外壳5；光纤跳线FC1通过法兰2固定在带内腔的壳体5上，其光纤跳线FC端面7为第一反射端面；振子4置于空腔内，其靠近光纤跳线FC端面7的镀膜端面8为第二反射端面，振子的镀膜端面8与光纤跳线FC端面7平行设置，且镀膜端面8与光纤跳线FC端面7之间具有0.15-0.25mm的间隙3，形成反射腔；簧片6呈L形，冲压成L形的簧片6有长短臂，长臂置于空腔内与振子4连接，短臂通过带防震垫圈的螺丝固定在壳体5的内壁上。光源信号入射到光纤跳线FC端面7时产生菲涅耳反射和透射，透射光入射到镀膜端面8时，再次产生菲涅耳反射，反射光束经过多次干涉效应，造成反射回波光强的相干增强或相干相消。当被测物体发生振动时，壳体5将振动传给簧片6，使簧片6上的振子4发生振动；反射光强随光纤跳线FC端面7和镀膜端面8之间间隙3的变化而变化；通过检测反射光强度的变化，实现振动检测。本振动传感器结构简单、精巧、可靠性高、重复性强；对振动检测频率高(33300Hz)，检测频率带宽约20Hz-33300Hz。光纤中传输的光信号入射到镀膜端面8时，在光纤跳线FC端面7和镀膜端面8间的间隙d很小的条件下，可以忽略光束在空气层间多次反射造成的传输损耗,经过干涉后反射回光纤的反射光强为：其中，I0为输入光强，I为输出光强，R为光强反射率，n为空气介质的折射率，i为光信号从光纤传输到间隙中的折射角，d为光纤跳线FC端面和镀膜端面间的端面间隙。进行振动检测时，振动传感器壳体通过紧固螺栓与待测物体连接，在振动条件下，振子受迫产生谐振，这时光纤跳线FC端面和镀膜端面的间隙将发生变化：d＝d0+Asin2πft(4)式中，d0是振子在静态时，光纤跳线FC端面和镀膜端面的间距，A是振子谐振振幅，A<<d0，f是谐振频率；这时反射光强度对于光纤跳线FC端面和镀膜端面间距非常敏感，在受振条件下，反射光强度将因此发生变化：由于A<<d0，所以所以(6)式演变为：式(8)中，为一常数；从(8)式可以看出，反射光强的变化频率就是谐振频率，即振子受迫振动频率f。参见图1、图2，一种检测系统，该检测系统至少包括上述振动传感器，该检测系统至少包括上述振动传感器，以及LED光源、3DB耦合器、光敏管、信号放大和信号处理模块、显示器，LED光源通过光纤将光信号传递给3DB耦合器，3DB耦合器通过外置光纤将该光信号传递给振动传感器的光纤跳线FC，振动传感器的光纤跳线FC再将信号传递给3DB耦合器，3DB耦合器、光敏管、信号放大和信号处理模块、显示器依次连接。当被测物体振动时，振动传感器将检测到的反射光强度经3DB耦合器传递给光敏管，光敏管将光信号转化为电信号，电信号经信号放大和信号处理模块处理后在显示器上显示被测物体的振动数据(振动频率)。当然，信号放大和信号处理模块也可与高速数据采集卡连接，通过高速数据采集卡应用软件，在计算机终端上观察振动的波形，与振动台频率和仪表测算频率进行比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振动传感器，其特征在于，包括：光纤跳线FC，通过法兰固定在带内腔的壳体上，光纤跳线FC端面作为第一反射面；簧片，呈L型，其长臂与振子紧固连接，其短臂通过带防震垫圈的螺丝固定在壳体内壁上；振子，置于空腔内，其一端靠近光纤跳线FC端面的镀膜端面作为第二反射面；振子的镀膜端面与光纤FC端面平行设置，且振子端面与光纤端面具有间隙, 形成反射腔；光源信号传输到光纤跳线FC端面时产生菲涅耳反射和透射,透射光入射到镀膜端面时产生第二次菲涅耳反射，反射光束经过多次干涉效应，造成反射回波光强的相干增强或相干相消；当被测物体发生振动时，壳体将振动传给簧片，使簧片上的振子发生振动；反射光强随光纤跳线FC端面和振子的镀膜端面之间间隙的变化而变化；通过检测反射光强度的变化，实现振动检测。

【技术特征摘要】
1.一种振动传感器，其特征在于，包括：光纤跳线FC，通过法兰固定在带内腔的壳体上，光纤跳线FC端面作为第一反射面；簧片，呈L型，其长臂与振子紧固连接，其短臂通过带防震垫圈的螺丝固定在壳体内壁上；振子，置于空腔内，其一端靠近光纤跳线FC端面的镀膜端面作为第二反射面；振子的镀膜端面与光纤FC端面平行设置，且振子端面与光纤端面具有间隙,形成反射腔；光源信号传输到光纤跳线FC端面时产生菲涅耳反射和透射,透射光入射到镀膜端面时产生第二次菲涅耳反射，反射光束经过多次干涉效应，造成反射回波光强的相干增强或相干相消；当被测物体发生振动时，壳体将振动传给簧片，使簧片上的振子发生振动；反射光强随光纤跳线FC端面和振子...

【专利技术属性】
技术研发人员：高雪清，刘路杰，高昱，祁耀斌，王汉熙，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42