[发明专利]一种电磁阻尼光纤振动传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤振动传感器，尤其是涉及电磁阻尼装置的光纤光栅振动传感器，可用于地震波检测、环境振动测量、设备振动测量等技术领域。

背景技术

振动测量早已经是现代工业生产、科学研究过程中非常重要的领域。传统的振动传感器一般是采用电学量传感器如压电或电磁式，而后经过电缆将信号传输至终端进行信号的处理。由于电子元器件对于恶劣环境的适应性差以及远距离传输使得信号大幅损耗等要求一种新的测量方式来替代传统的电测试。

现代光通信技术和光纤技术的发展，一种新型的传感元件——光纤光栅成为当今传感领域的研究和应用热点。其中，采用悬臂梁式的光纤光栅式的传感器更是由于其灵敏度高、结构简单和组网成阵简单而成为研究的热点。国内外关于此方面的文章如“一种布拉格光纤光栅加速度传感器，《激光杂志》2005年第26卷第1期”、“新型光纤光栅加速度传感器的设计与实现《仪器仪表学报》，2006年27卷第一期”以及“Unattended groundsensor based on fiber Bragg grating technology Proceedings of SPIE Vol.5796”等等。

但是基于这种结构的传感器大多没有采取阻尼装置，于是在实用中特别是在高速动态信号作用下，传感器不能真实反映待测信号的实时特性。测振传感器在工作时，其动态响应为(《振动测试和分析》，人民铁道出版社，1979年，第83页)：

其中，u——

w_B——强迫振动角频率，

w₀——仪器自振角频率，

D——

C——阻尼力系数，

C_c——临界阻尼力系数，

——初始相位角

x_m——振动的最大幅值。

方程中第一项和第二项是振动系统的自振项，包括了由初始条件及强迫项所引起的自由振动，由于是有阻尼的衰减振动，经过一定时间后即衰减到可忽略不计。第三项是强迫振动部分。但实际情况是，没有采取阻尼系统的悬臂梁系统的阻尼力(空气阻尼)很小，其自由振动项时间历程常达数秒，会混迭在后续的强迫振动中，严重影响传感器的性能。如文献(Temperature-Insensitive Fiber Bragg Grating Accelerometer，IEEEPHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，VOL.15，NO.10，OCTOBER2003)表明未添加阻尼装置的悬臂梁传感器在冲击信号作用下，在传感器信号作用结束2秒后悬臂梁还未停止下来，这极其不利于对后续连续信号的接收。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁阻尼全光纤振动传感器，该阻尼装置可以提供任意大小的阻尼，可以极大降低其自由振动的时间历程。

本发明提供了一种光纤振动传感器，其包括：

一种光纤振动传感器，包括：

光纤振动传感系统，用于测量外界的振动信号；

电磁阻尼部分，用于产生阻尼力，减小光纤振动传感系统自由振动的过程和幅度；

电磁阻尼部分和光纤振动传感系统之间通过连杆连接，用于将阻尼力引入光纤振动传感部分。

进一步，所述电磁阻尼部分为环形阻尼结构，或为梳状阻尼结构。

进一步，所述电磁阻尼部分包括永磁体、闭合线圈，且阻尼力的大小可以通过调整相关参数，如磁场大小以及线圈的大小和电阻率等，可以合理、方便地调节阻尼的大小。

进一步，所述电磁阻尼部分和所述光纤振动传感系统之间通过所述连杆构成刚性连接。

进一步，所述环形电磁阻尼部分的闭合线圈为金属杯状圆环。

进一步，所述梳状电磁阻尼部分包含多个呈梳状平行排列的相同的闭合线圈和相同的永磁体相互交叉而成。

本发明的一个有益效果是：由于传感器内添加一定的阻尼装置，因此能够有效的反映动态复杂信号。本发明所述的阻尼装置利用磁铁同性相斥的基本原理，在悬臂梁的末端增加永磁体，方便的实现了对振动悬臂梁的阻滞力，即阻尼效应。该方法原理简单，加工组装简单，阻尼力大小不但能够较准确地正比于振动系统的运动速度而且可方便通过调节永磁体磁通量大小及磁体之间间距实现。