表面应变动态光纤光栅检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及表面应变检测技术领域，是一种表面应变动态光纤光栅检测装置，其包括光源、隔离器、干路环行器、滤波光栅、光分路器、表面应力检测单元和上位机，光源与隔离器连接，隔离器与干路环行器连接，干路环行器分别与滤波光栅和光分路器连接，光分路器分别与至少两个表面应力检测单元连接。本发明专利技术结构合理而紧凑，使用方便，通过设置隔离器，其为单向通道装置，能够对光源起到保护作用，防止光波回射进入光源；通过设置滤波光栅，将光源发射的宽带光经过滤，反射回具有特定中心波长范围的窄带光；通过设置检测光栅，实现对叶片表面发生形变、产生微小应变时的检测，具有快速、精准和灵敏的特点。

【技术实现步骤摘要】
表面应变动态光纤光栅检测装置
本专利技术涉及表面应变检测技术
，是一种表面应变动态光纤光栅检测装置。
技术介绍
风力发电机是一种集传统机械和现代电子等多领域技术于一体的将风能转化为电能的大型装置。风力发电的大力发展缓解了能源危机和环境污染带来的压力，促进地球的可持续发展和环境保护。做为一种开发利用可再生能源的设备，从其结构设计到结构健康的监测等相关技术均已被越来越多的国家和地区重视。风电设备多建在海边、野外、山顶等风力资源丰富的地方，丰富的风力资源也对应了复杂且恶劣的自然环境。叶片作为风电设备的核心组件，其造价占据了整个风电设备的约20%，且为了最大化利用风能叶片尺寸正在不断大型化。因此，叶片在恶劣工作环境下服役过程中经常受到鸟撞、飞石、冰雹以及风蚀等多种不良的非正常载荷，致使损伤故障频繁发生。针对叶片的健康状态监测的相关技术是目前国内外众多学者和研究人员的研究重点。传统的叶片检测方法主要是通过振动传感器采集叶片的振动信号进而识别判断叶片的工作状态。识别非正常的振动状态来预测叶片的结构是否发生损坏。目前，除传统检测方法外，还现存多种新型风力机叶片检测方法。如超声检测法、图像识别法、噪声分析法等方法。以上方法均是通过检测变形所引起其他环境参数的变化来反应结构缺陷的间接检测方法。但由于间接检测法受外界干扰因素多，对叶片发生缺陷前的早期损伤信号特征不敏感导致该类方法检测效果并不理想。一些检测方法所用传感器对叶片的结构有着或大或小的改变，这也会影响叶片的使用寿命。
技术实现思路
r>本专利技术提供了一种表面应变动态光纤光栅检测装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有传统的叶片检测方法无法及时、准确完成的问题。本专利技术的技术方案是通过以下措施来实现的：一种表面应变动态光纤光栅检测装置包括光源、隔离器、干路环行器、滤波光栅、光分路器、表面应力检测单元和上位机，光源与隔离器连接，隔离器与干路环行器连接，干路环行器分别与滤波光栅和光分路器连接，光分路器分别与至少两个表面应力检测单元连接；表面应力检测单元包括支路环行器、检测光栅、光电转换器、解调器和放大器，光分路器分别与支路环行器连接，支路环行器分别与检测光栅和光电转换器连接，光电转换器与解调器连接，解调器与放大器连接，放大器与上位机连接。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：上述还可包括风力发电机，风力发电机包括叶片，每个叶片上均设有至少两个检测光栅。上述还可包括光滑环，叶片的转轴上设有光滑环，支路环行器与检测光栅之间的光纤通过光滑环布线。本专利技术结构合理而紧凑，使用方便，通过设置隔离器，其为单向通道装置，能够对光源起到保护作用，防止光波回射进入光源；通过设置滤波光栅，将光源发射的宽带光经过滤，反射回具有特定中心波长范围的窄带光；通过设置检测光栅，实现对叶片表面发生形变、产生微小应变时的检测，具有快速、精准和灵敏的特点。附图说明附图1为本专利技术最佳实施例的立体结构示意图。附图2为附图1的电路框图。附图中的编码分别为：1为检测光栅，2为叶片，3为转轴，4为光滑环。具体实施方式本专利技术不受下述实施例的限制，可根据本专利技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。在本专利技术中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步描述：如附图1、2所示，该表面应变动态光纤光栅检测装置包括光源、隔离器、干路环行器、滤波光栅、光分路器、表面应力检测单元和上位机，光源与隔离器连接，隔离器与干路环行器连接，干路环行器分别与滤波光栅和光分路器连接，光分路器分别与至少两个表面应力检测单元连接；表面应力检测单元包括支路环行器、检测光栅1、光电转换器、解调器和放大器，光分路器分别与支路环行器连接，支路环行器分别与检测光栅1和光电转换器连接，光电转换器与解调器连接，解调器与放大器连接，放大器与上位机连接。在使用过程中，将多个检测光栅1安装在风力发电机的叶片2上，光信号从光源射出由光纤进行传导，依次经过隔离器、干路环行器、滤波光栅、干路环行器、光分路器、支路环行器、检测光栅1、支路环行器、光电转换器、解调器和放大器传输至上位机，实现对叶片2表面应变的检测并作出相应的故障预测与诊断；通过设置隔离器，其为单向通道装置，能够对光源起到保护作用，防止光波回射进入光源；通过设置滤波光栅，将光源发射的宽带光经过滤，反射回具有特定中心波长范围的窄带光用以后续检测使用（该滤波方式为边缘滤波法）；通过设置干路环行器，其为单向依次环道装置，其上均设有三个端口，从第一端口输入信号，信号只能从第二端口输出，从第二端口输入的信号只能从第三端口输出，由此将滤波光栅过滤后的光信号传输至光分路器；通过设置光分路器，将等滤波后的光信号等分成多路的支路光，使所有的支路光与滤波光栅过滤后的光信号具有相同的中心波长等特性；通过设置检测光栅1，其对特定中心波长的光具有反射作用，其反射光的波长随光栅结构的微变而产生变化，当叶片2表面某一位置发生形变、产生微小应变时，附近的光栅结构也会立刻受到影响，进而影响反射光的中心波长；通过设置支路环行器，其为单向依次环道装置，其上均设有三个端口，从第一端口输入信号，信号只能从第二端口输出，从第二端口输入的信号只能从第三端口输出，由此将检测光栅1反射后的光信号传输至光电转换器；通过光电转换器、解调器、放大器和上位机，将光信号转化为电信号，并对电信号进行解调和放大，处理后的电信号的电压幅值、时域、频谱等相关参数特性以数字信号的形式传入上位机进行最终分析。根据需求，光源为现有公知技术，其可为ASE光源。本专利技术所采用的方法主要基于对光纤布拉格光栅（FBG）的使用，相比于诸类传统的间接检测法，FBG检测方法通过直接对叶片表面的应变进行检测，叶片与FBG传感单元通过粘贴紧紧相附，实现了应变的同时同值的传递，因为FBG的反射波长对微小的变形十分敏感，这使得FBG传感单元对叶片早期的损伤信号特征也能够产生相应的反馈，具有更迅速、更精准、实时灵敏的优点；本本专利技术主要以光信号作为信息载体进行传输，光信号传输稳定、抗电磁干扰强、不受外界声音及振动因素影响的特点，具有极高的信噪比，能够最大的程度上保持所测应变信号的原始特征；本专利技术提供的FBG传感单元结构轻简，光纤通道含包层在内直径仅在0.21mm左右，裸纤芯直径不足0.2mm，光栅栅区长度约为2mm，相对于叶片十几米甚至几十米的大级别尺寸，将FBG传感单元贴附在叶片表面不会对叶片的结构性能产生任何影响，实现了真正的无损检测；本专利技术操作方便、自动化程度高和复用性强的特点，除了能够检测叶片表面应变外，还可以同时实现对环境温度等其他物理量的检测。可根据实际需要，对上述表面应变动态光纤光栅检测装置作进一步优化或/和改进：如附图1、2所示，还包括风力发电机，风力发电机包括叶片2，每个叶片2上均设有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面应变动态光纤光栅检测装置，其特征在于包括光源、隔离器、干路环行器、滤波光栅、光分路器、表面应力检测单元和上位机，光源与隔离器连接，隔离器与干路环行器连接，干路环行器分别与滤波光栅和光分路器连接，光分路器分别与至少两个表面应力检测单元连接；表面应力检测单元包括支路环行器、检测光栅、光电转换器、解调器和放大器，光分路器分别与支路环行器连接，支路环行器分别与检测光栅和光电转换器连接，光电转换器与解调器连接，解调器与放大器连接，放大器与上位机连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面应变动态光纤光栅检测装置，其特征在于包括光源、隔离器、干路环行器、滤波光栅、光分路器、表面应力检测单元和上位机，光源与隔离器连接，隔离器与干路环行器连接，干路环行器分别与滤波光栅和光分路器连接，光分路器分别与至少两个表面应力检测单元连接；表面应力检测单元包括支路环行器、检测光栅、光电转换器、解调器和放大器，光分路器分别与支路环行器连接，支路环行器分别与检测光栅和光电转换器连接，光...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文磊，王炳楷，王宏伟，徐甜甜，万云发，张志虎，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65