[发明专利]一种双光纤光栅振动/应力复合传感器

说明书

本发明公开了一种双光纤光栅振动/应力复合传感器，包括弹性夹层，光纤光栅一和光纤光栅二。光纤光栅一黏贴在弹性夹层的上表面，光纤光栅二黏贴在弹性夹层下表面。光纤光栅一和光纤光栅二的长度、布拉格波长、3dB带宽相同。该双光纤光栅振动/应力复合传感器工作时，弹性夹层底部黏贴在待测零部件的表面。本发明能够避免环境温度变化带来的干扰，同时测量振动信号和应力信号。

技术领域

本发明涉及一种双光纤光栅振动/应力复合传感器，尤其是在温度环境变化的情况下，实现振动及应力信号测量的光纤光栅传感器。

背景技术

光纤传感器作为传感器的一种类别，有着繁多的种类，能够监测温度、振动、应力、应变、压力和化学溶剂的浓度等物理化学参量，因此可根据不同的使用场合、要求，选用不同类型的传感器。

光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、抗腐蚀等优点。除此之外，光纤光栅传感器还具有体积小、重量轻，纤细柔软，容易制成简单的传感器结构，容易实现分布式测量等优点，在很多工程领域中有着重要的应用。以航空航天领域为例，卫星所在的外太空环境存在较强的电磁干扰，并且昼夜温差较大，使用传统的压电或压阻式传感器时需对其进行特殊的封装设计以保证传感器能够正常工作，而光纤光栅传感器抗电磁干扰能力强，使用时无需特殊的封装结构，因此能够进一步减小卫星的总质量，减小卫星的制造、发射成本。光纤光栅传感器体积小、质量轻、抗电磁干扰能力和抗腐蚀能力强，因此适用于航空、航天发动机中极端环境下对振动、应力等重要参量的测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够避免环境温度变化带来的干扰，同时测量振动信号和应力信号的双光纤光栅传感器。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种双光纤光栅振动/应力复合传感器，包括弹性夹层，光纤光栅一和光纤光栅二。光纤光栅一黏贴在弹性夹层的上表面，光纤光栅二黏贴在弹性夹层下表面。

光纤光栅一和光纤光栅二的长度、布拉格波长、3dB带宽相同。

该双光纤光栅振动/应力复合传感器工作时，弹性夹层底部黏贴在待测零部件的表面。

当该双光纤光栅振动/应力复合传感器所处的环境存在竖直方向上的振动或沿光纤光栅一和光纤光栅二轴向上的应力时，振动或应力引起待测零部件表面产生应变，光纤光栅一和光纤光栅二均随之产生相应的应变，反射回的光信号强度产生变化，但由于弹性夹层的存在，光纤光栅一和光纤光栅二产生的应变量不同，且成固定比例，经光纤光栅一和光纤光栅二反射回的光强变化量不同，且成固定比例。而环境温度变化引起的光纤光栅一和光纤光栅二应变量相同，即由温度变化引起的经光纤光栅一和光纤光栅二反射回的光强变化量相同。因此经光纤光栅一和光纤光栅二反射回的光强变化量只包含振动、应力信号。又因为应力变化频率低于振动的频率，对光纤光栅一和光纤光栅二反射回的光强变化量之间的差值进行低通滤波即可得到环境中沿光纤光栅一和光纤光栅二轴向应力的信号，而对该差值进行高通滤波，即可得到垂直于双光纤光栅振动/应力复合传感器方向上的振动的信号。由此即可分别得到零部件表面的振动、应力信息。

本发明与现有技术相比，具有以下技术优势：

1、用于测量的两个光纤光栅的空间位置几乎重合，能够极大地提高测量的空间分辨率。

2、相比于传统振动、应力传感器，该双光纤光栅振动/应力复合传感器能够同时测量振动和应力信号，所占空间更小，且布置方便，有利于传感器件的集成化发展。

3、能够有效排除环境温度的变化对振动信号、温度信号测量结果的干扰。

4、该双光纤光栅振动/应力复合传感器允许使用光强式的后端探测解调设备，成本较低，使用方便，结果直观。

附图说明

图1是传感器测量时的光路布置示意图；