[发明专利]一种多悬臂梁全绝缘材料光纤光栅振动传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅传感器技术，尤其是一种多悬臂梁全绝缘材料光纤光栅振动传感器结构技术。

背景技术

目前，在光纤光栅传感器技术领域中，我们所接触到的振动传感器从材料上看多为金属材料制作而成，从结构上来看多为单悬臂梁结构。对于金属材料的传感器，发展至今，在工业中已经得到了广泛的应用。然而，当面对高压电气设备一类具有强电场的工作环境时，金属振动传感器容易引起局部范围内的放电现象。每一次局部放电对设备的绝缘介质都会有一些影响。这是使高压电气设备绝缘性损坏的一个重要因素。对于单悬臂梁结构的振动传感器，其悬臂梁在载荷作用下，既容易产生挠度，又容易产生转角，而且抗扭能力差，这在一定程度上影响了所设计传感器的性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多悬臂梁非金属振动传感器，这种悬臂梁结构可以防止悬臂梁产生挠度及转角，而且具有很强的抗扭能力，从而抑制高阶模态谐振的产生。多悬臂梁结构可以克服传统单一悬臂梁结构的问题，使得四根悬臂梁端部在载荷的作用下将近似产生单一自由度的振动。本发明既具有良好的绝缘性，又具有很强的抗干扰能力。

本发明的目的是这样实现的：一种多悬臂梁全绝缘材料光纤光栅振动传感器，特征在于，包括一个矩形盒式的底座、连接在底座内的振动传感件、及封盖在底座上的顶盖；其中，振动传感件包括一个矩形体质量块(1)、对称连接在质量块(1)四个面的四根等长度悬臂梁(3)以及环连接四根悬臂梁(3)的边框(4)；在底座内的四个角分布设有四个等高度的凸起四棱柱(6)并开设有连接孔(6.1)，在边框(4)的四个角上开设有穿孔(4.1)，穿孔(4.1)与连接孔(6.1)对应连接，实现质量块(1)的悬置，在顶盖四角处也设置有四个等高度四棱柱凸起(7)，该四个棱柱凸起(7)与底座的四个棱柱(6)对接；在底座的一个对称面两边中间位置开设有一开口(6.2)；在质量块(1)上方设有一个凸起小块(2)，其表面与底座边缘上的开口(6.2)底部高度相同，光栅(8)拉紧粘于凸起小块(2)与开口(6.2)之间，光纤(9)采用一层内套管(10)和一层外套管(11)保护。

本发明在底座边缘壁位于开口(6.2)处下方设置有凸起(5)，用于增大与光栅粘贴的表面积。

本发明四根悬臂梁(3)的长宽高尺寸完全相同且位于质量块(1)底面四条边的中点。

本发明的结构可划分为三部分，分别是振动传感系统、底座及顶盖。振动传感系统由质量块、四个等长度悬臂梁以及与悬臂梁相连的边框组成。质量块与悬臂梁一体制成，无需粘贴，从而避免因松动而影响振动效果的问题。质量块通过四根薄片悬臂梁与边框相连，由悬臂梁托起悬置。在传感器底座的四个角设置四个等高度的凸起四棱柱，将振动传感器放置其中，传感器的边框刚好卡在四个棱柱表面，质量块便得以悬置于底座中。传感器的顶盖四角处也设置四个等高度四棱柱凸起，将顶盖盖在底座上，四个棱柱凸起插入底座，与底座的四个棱柱对接，振动传感器的边框紧紧夹于中间。质量块上方有一个凸起小块，表面与底座边缘上的开口高度相同，将光栅拉紧粘于两点之间。当传感器感受到振动时，质量块带动悬臂梁一起振动，光栅波长发生变化，根据其变化量即可测出振动信号。在这一结构中，传感器底座的四根柱体相当于四根支架，对传感系统可起到平衡支撑的效果。顶盖上的四根柱体在上方紧紧压住振动传感系统，可以杜绝因振动而产生松动的现象。质量块设计为上下底面都是正方形的柱体，四根长度相等的悬臂梁分别位于四条底边的中点，且四根悬臂梁位于同一高度，这样既能保证质量块保持悬置状态，又能保证四根悬臂梁受力相同。大大地提高了测量的稳定性及准确性。

本发明为能够测量物体振动频率的振动传感器，结构简单，安装方便，能够在恶劣的环境下进行远程实时监测，同时，在测量的稳定性、灵敏度和精确度方面有较大提高。

综上所述，本发明的有益效果是：

1、该传感器为非金属材料的振动传感器，材料选用尼龙(PA)，此材料属于可再生能源，易于加工且成本低，因此选用此种材料既能简化加工程序，又能降低成本，最重要的是此材料还具有良好的绝缘性。

2、该传感器的质量块与悬臂梁制作为一体，免去粘贴，可以防止松动问题。质量块由四根等强度悬臂梁固定，这种结构可以防止悬臂梁产生挠度及转角，而且具有很强的抗扭能力，从而抑制高阶模态谐振的产生。多悬臂梁结构可以克服传统单一悬臂梁结构的问题，使得四根悬臂梁端部在载荷的作用下将近似产生单一自由度的振动。由此可知，本发明既具有良好的绝缘性，又具有很强的抗干扰能力。

附图说明