阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法技术

本发明专利技术提供了阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法，包括外壳，轴向延伸方向的侧表面设置有两第一通孔，两第一通孔均与外壳内部连通；外壳两端分别为连接端和伸出端；振动感知模块设置在外壳内，一端与连接端的内表面固定连接，另一端沿着外壳的轴向方向延伸；振动感知模块上设置有至少一对凸台；光纤传感检测模块张紧悬置在至少一对凸台及其间隔区域，且光纤传感检测模块轴向方向延伸的两端部分别绕设并穿过与凸台间距最大的第一通孔并向外伸出；其中，光纤传感检测模块与至少一对凸台接触的表面和穿置在两第一通孔内的表面均设置有第一金属镀层，第一金属镀层还与至少一对凸台或者两第一通孔的内表面固定连接。定连接。定连接。

【技术实现步骤摘要】
阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法


[0001]本专利技术涉及光纤传感检测设备
，尤其涉及一种阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法。

技术介绍

[0002]近年来，高温下的温度、振动测量已经广泛应用航空航天、能源行业、汽车工业等领域。严酷的热环境和振动环境下为会引发一系列问题，如热疲劳、热冲击等，这些问题会使机械设备的可靠性降低、寿命缩短、并可能造成生产停工和维修成本的增加，因此，为了确保生产安全，对高温环境下的温度和振动进行实时监测的需求日益增加。
[0003]传统的电类传感器存在抗电磁干扰能力弱、高温下线性输出差、可靠性低以及测量信号单一等问题。与其相比光纤传感器具有突出的优势，如不受电磁干扰、工作温度高、可实现分布式多点测量，易于实现多信号测量等。目前基于光纤光栅的高温振动复合传感器适用温度低，结构复杂，难以满足高温环境下温度、振动信号同时监测的需求。
[0004]为解决上述问题，设计阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法，兼顾高温、振动复合场景的同时传感测量，是非常有必要的。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种能够同时监测高温、振动复合场景的阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供了阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器，包括：外壳，内部设置有中空的腔体；振动感知模块，一端固定设置在所述外壳的内表面，另一端沿着所述外壳的轴向方向延伸并设置有至少一对凸台，至少一对凸台相对且间隔设置；光纤传感检测模块，张紧悬置在所述至少一对凸台及其间隔区域，且光纤传感检测模块的两端部还穿过外壳并向外伸出；其中，光纤传感检测模块与至少一对凸台接触的表面和穿过外壳的表面均设置有第一金属镀层，第一金属镀层还与至少一对凸台或者外壳固定连接。
[0007]在以上技术方案的基础上，优选的，所述振动感知模块还包括底座、两第一连接部、两第二连接部和两惯性质量块；所述外壳轴向延伸方向的两端分别为连接端和伸出端；所述底座固定设置在所述连接端的内表面，另一端沿着外壳的轴向方向延伸；两第一连接部间隔的设置在底座远离所述连接端的端面上，两第一连接部的一端与底座固定连接，两第一连接部的另一端分别沿着外壳的轴向方向和径向方向延伸；两第二连接部分别与两第一连接部远离底座的端部铰链连接；两第二连接部还沿着外壳的径向方向和轴向方向延伸设置；两第二连接部相对且间隔设置；两惯性质量块分别与两第二连接部远离底座的端部铰链连接；两惯性质量块还沿
着外壳的轴向方向延伸且间隔设置；至少一对凸台分别设置在两惯性质量块远离底座的端面上。
[0008]优选的，所述两第一连接部远离底座的端部的间距小于靠近底座的端部的间距；所述两第二连接部远离底座的端部的间距小于靠近底座的端部的间距。
[0009]优选的，所述两第一连接部均包括第一分段和第二分段；第一分段的一端与底座远离所述连接端的端面固定连接，第一分段的另一端沿着外壳的轴向方向朝着远离底座的方向向外延伸；第二分段的一端与第一分段远离底座的端部固定连接，第二分段的另一端沿着外壳的径向方向朝着外壳中心方向延伸。
[0010]优选的，所述两第二连接部均包括第三分段和第四分段；第三分段的一端与第二分段远离第一分段的端部铰链连接，第三分段的另一端沿着外壳的径向方向朝着外壳中心方向延伸；第四分段的一端与第三分段远离第二分段的端部固定连接，第四分段的另一端沿着外壳的轴向方向朝着远离底座的方向向外延伸；第三分段与第二分段同轴设置，第四分段与第一分段平行设置。
[0011]优选的，两第二连接部分别与两第一连接部远离底座的端部的铰链连接部位的截面轮廓，或者两惯性质量块分别与两第二连接部远离底座的端部铰链连接部位的截面轮廓，为具有对称内凹弧形边界的封闭形状或者内凹双曲线形边界的封闭形状。
[0012]在以上技术方案的基础上，优选的，所述光纤传感检测模块包括光纤本体；跨设在至少一对凸台端面的光纤本体上设置有光纤光栅；与凸台接触的光纤本体表面的第一金属镀层还部分遮盖光纤光栅；外壳轴向延伸方向的侧表面设置有两第一通孔，两第一通孔均与腔体相互连通；光纤传感检测模块的两端部分别绕设并穿过与凸台间距最大的第一通孔并向外伸出；所述光纤本体在凸台与间距最大的第一通孔之间绕设部分的圆心角为180
°
。
[0013]优选的，所述光纤传感检测模块的表面还整体设置有第二金属镀层；所述第一金属镀层覆盖在第二金属镀层的表面。
[0014]进一步优选的，所述第一金属镀层和第二金属镀层均为金属镍镀层；且第一金属镀层的厚度大于第二金属镀层的厚度。
[0015]另一方面，本专利技术提供了阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感监测方法，包括如下步骤：S1：配置上述的阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器；S2：将外壳进行固定；使外界振动和高温环境作用于阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及其光纤传感检测模块，产生拉伸变形，并带动光纤传感检测模块的中心波长发生漂移；S3：分析光纤传感检测模块的中心波长的漂移量，结合阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器的弹性体力学模型，获得光纤传感检测模块的中心波长的漂移量与温度和振动的关系矩阵。
[0016]本专利技术提供的阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：（1）本方案仅采用了一根光纤光栅的光纤传感检测模块，通过一半金属化光纤光栅悬置，另一半金属化光纤光栅固定的方式布置，可以实现温度和振动信号的同步测量，本专利技术相较于其它光纤光栅温度
‑
振动复合传感器来说结构更加简单、尺寸更小；
（2）通过激光焊接来固定金属化光纤，实现了传感器的无胶封装，进而提升了传感器在高温恶劣环境下的适应性；（3）采用复合柔性铰链的结构作为弹性元件，相较于单个柔性铰链具有更小的刚度，使传感器具有更高的灵敏度；（4）专利技术建立的镀层厚度理论模型可以定量控制镀层厚度，保证光纤光栅在激光焊接过程中不发生损坏。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法的传感器立体图；图2为本专利技术阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法的传感器半剖立体图；图3为本专利技术阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法的传感器半剖前视图；图4为本专利技术阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法的振动感知模块与部分光纤传感检测模块的组合状态立体图；图5为本专利技术阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器及监测方法的振动感知模块与部分光纤传感检测模块的组合状态俯视图；图6为本专利技术阶跃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器，其特征在于，包括：外壳（5），内部设置有中空的腔体（500）；振动感知模块（1），一端固定设置在所述外壳（5）的内表面，另一端沿着所述外壳（5）的轴向方向延伸并设置有至少一对凸台（105），至少一对凸台（105）相对且间隔设置；光纤传感检测模块（2），张紧悬置在所述至少一对凸台（105）及其间隔区域，且光纤传感检测模块（2）的两端部还穿过外壳（5）并向外伸出；其中，光纤传感检测模块（2）与至少一对凸台（105）接触的表面和穿过外壳（5）的表面均设置有第一金属镀层（8），第一金属镀层（8）还与至少一对凸台（105）或者外壳（5）固定连接；所述光纤传感检测模块（2）包括光纤本体（21）；跨设在至少一对凸台（105）端面的光纤本体（21）上设置有光纤光栅（22）；与凸台（105）接触的光纤本体（21）表面的第一金属镀层（8）还部分遮盖光纤光栅（22）；外壳（5）轴向延伸方向的侧表面设置有两第一通孔（51），两第一通孔（51）均与腔体（500）相互连通；光纤传感检测模块（2）的两端部分别绕设并穿过与凸台（105）间距最大的第一通孔（51）并向外伸出；所述光纤本体（21）在凸台（105）与间距最大的第一通孔（51）之间绕设部分的圆心角为180
°
。2.根据权利要求1所述的阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器，其特征在于，所述振动感知模块（1）还包括底座（101）、两第一连接部（102）、两第二连接部（103）和两惯性质量块（104）；所述外壳（5）轴向延伸方向的两端分别为连接端（52）和伸出端（53）；所述底座（101）固定设置在所述连接端（52）的内表面，另一端沿着外壳（5）的轴向方向延伸；两第一连接部（102）间隔的设置在底座（101）远离所述连接端（52）的端面上，两第一连接部（102）的一端与底座（101）固定连接，两第一连接部（102）的另一端分别沿着外壳（5）的轴向方向和径向方向延伸；两第二连接部（103）分别与两第一连接部（102）远离底座（101）的端部铰链连接；两第二连接部（103）还沿着外壳（5）的径向方向和轴向方向延伸设置；两第二连接部（103）相对且间隔设置；两惯性质量块（104）分别与两第二连接部（103）远离底座（101）的端部铰链连接；两惯性质量块（104）还沿着外壳（5）的轴向方向延伸且间隔设置；至少一对凸台（105）分别设置在两惯性质量块（104）远离底座（101）的端面上。3.根据权利要求2所述的阶跃金属镀层光纤光栅高温振动复合传感器，其特征在于，所述两第一连接部（102）远离底座（101）的端部的间距小于靠近底座（101）的端部的间距；所述两第二连接部（103）远离底座（101）的端部的间距小于靠近底座（101）的端部的间距。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天梁，李雨豪，黄涛，谭跃刚，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：