[实用新型]光纤法珀腔与光栅复用传感器的齿轮齿根状态监测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤传感和机械工况监测交叉领域，具体地指一种光纤法珀腔与光栅复用传感器的齿轮齿根状态监测系统。

技术背景

齿轮作为传动装置中应用最广泛的元件，在各类工业传动机械故障中有10％是由齿轮损坏引起。因制作技术及安装水准限制，齿轮会在实际传动过程中发生震动和变形，不仅会带来噪声和振动，还会降低齿轮传动的准确性和工作效率。更严重的是，齿轮承受的额外动应变会让齿根处的弯曲应变超过其疲劳极限，容易发生断齿等故障，此类故障将直接影响机械设备的正常工作，甚至会威胁到人身安全。

但现有的检测方法还难以实现齿根弯曲应变的实时检测。目前以应变片为主导的电类传感器体积较大，难以应用在齿顶隙的狭小空间中；且其抗电磁干扰能力较弱，故又难以应用在强电磁干扰环境。

于是相较之下，光纤光栅传感器的优势逐渐显露。但相关研究发现，齿轮在啮合过程中会在啮合点产生一次动力应变，由于振动时间极短，若要求在这段时间内收集到更多数据，必须使用解调频率更高的高速解调仪。目前国内外光纤光栅解调仪的解调频率分布在在最高5kHz以内，无法对高频信号进行采集。

且从精确程度上来说，传统光纤光栅解调仪仅使用FBG传感器采集应变信息，但因当外界温度或应变有任一产生变化时，都会引起FBG的栅距和分辨率变化，故对探测点的温度和应变同时测量也是传统光纤光栅解调仪的难点之一。为区分温度和应变产生的变化，通常每个测试点需要安装两个布喇格波长不等的FBG。两个FBG的相对布喇格波长的波长差随着应变的增大而增大，但不随着温度的波动而变化，以此区分两个FBG测量点处的温度和应变。但因在齿轮旋转状态下难以放置只传感温度而不受应变影响的FBG传感器，同时又因传感头所需的粘贴面积较大，故难以使用在齿根上。那么如何解决光纤传感器的应变和温度交叉敏感缺陷，又不影响对齿轮工况的实时检测，就成为光纤传感领域的一大难题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是要提供一种光纤法珀腔与光栅复用传感器的齿轮齿根状态监测系统，该系统能够使用在高速工况下的齿轮转动的工况下，同时准确对齿轮齿根的状态进行监测。

为实现此目的，本实用新型所设计的光纤法珀腔与光栅复用传感器的齿轮齿根状态监测系统，其特征在于，它包括光纤旋转连接器、法珀腔与光纤光栅复用解调仪、计算机、四个光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器，其中，齿轮的相邻两个齿根的两侧面分别固定一个光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器，所述四个光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器的信号输出端通过光纤旋转连接器分别连接法珀腔与光纤光栅复用解调仪的四个信号输入端，法珀腔与光纤光栅复用解调仪的信号输出端连接计算机的通信端。

本实用新型的有益效果为：

本发明的基于光纤法珀腔及光纤光栅组合传感器的齿轮齿根状态监测系统，通过将齿轮齿根弯曲应变情况转化为波长信号进行测量，采用的光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器不仅具有体积小的优势，更可以同时检测温度和应变信息，使得测量更加方便；由于使用了法珀腔与光纤光栅复用解调仪，所以本发明能够使用在高速工况下的齿轮转动的工况下；本发明的参考通路具有消除非线性及温度等影响产生干扰的作用，所以可在温度变化频繁的工况下使用；通过调节光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器的粘贴点高度，可以得到不同灵敏度的监测结果。

说明书附图

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本发明中光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器的安装位置示意图。

其中，1—光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器、2—齿根、3—光纤旋转连接器、4—法珀腔与光纤光栅复用解调仪、5—计算机、6—网线、7—输入端光纤、8—输出端光纤。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

本实用新型所设计的一种光纤法珀腔与光栅复用传感器的齿轮齿根状态监测系统，如图1和图2所示，它包括光纤旋转连接器3、法珀腔与光纤光栅复用解调仪4、计算机5、四个光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器1，其中，齿轮的相邻两个齿根2的两侧面分别固定一个光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器1，四个光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器1的信号输出端通过光纤旋转连接器3分别连接法珀腔与光纤光栅复用解调仪4的四个信号输入端，法珀腔与光纤光栅复用解调仪4的信号输出端连接计算机5的通信端。四个光纤法珀腔和光纤光栅复用型传感器1检测了齿轮齿根的四个位置，能更全面的监测齿轮齿根的状态。