[发明专利]用于列车轴承温度和振动测量的光纤光栅传感监测系统

说明书

本发明公开了一种用于列车轴承温度和振动测量的光纤光栅传感监测系统，属于光纤传感技术领域。用于列车轴承温度和振动测量的光纤光栅传感器监测系统，包括端盖及设于所述端盖上的壳体，所述端盖上端面设有凹槽，所述凹槽内设有第二光纤光栅，用于感知被测物体的温度信号并发生漂移，所述壳体的空腔内水平设有膜片，所述膜片的两端与所述壳体的侧壁固定连接，所述膜片的中心处设有第一光纤光栅，用于感知被测物体的振动信号并发生漂移，所述壳体的一侧设有光纤光栅解调装置，用于对所述漂移量进行解调以实现对被测物体振动和温度的实时监测。本发明具有结构简单，安装方便，温度灵敏度高，振动测量和温度测量结果效果好等优点。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，更具体地，涉及一种用于列车轴承温度和振动测量的光纤光栅传感器监测系统。

背景技术

光纤光栅是一种新型传感元件，克服了传统的电子类传感器易受电磁干扰，结构复杂，稳定性差，不能分布式测量和远程长期实时监控等缺陷，同时具备体积小、抗电磁干扰、精度高、适应各种恶劣环境等优势近年来得到了广泛的研究和应用。光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动，使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分。因此，解决交叉敏感问题，实现温度和应力的区分测量是传感器实用化的前提。通过一定的技术来测定应力和温度变化来实现对温度和应力区分测量。这些技术的基本原理都是利用两根或者两段具有不同温度和应变响应灵敏度的光纤光栅构成双光栅温度与应变传感器，通过确定2个光纤光栅的温度与应变响应灵敏度系数，利用两个二元一次方程解出温度与应变。

在需要同时测量振动和温度的工作环境中，部分采用光纤传感器进行测量，相较于光纤光栅传感器，光纤传感器容易受到光功率波动的影响。在现有技术中，中国专利CN201310233052.9涉及了一种可同时测量温度和振动的准分布式光纤传感器，虽然此种光纤光栅传感器实现了温度和振动的同时测量且尺寸微小，但是结构实现较为困难，且没有外部敏感结构引入增加光栅应变量导致灵敏度较差，对应用于复杂恶劣的工作环境有局限性。中国专利CN201510003824.9公布了一种具有温度补偿的光纤光栅二维振动传感器，包括横梁与竖梁，通过沿竖梁方向设置的第一光纤光栅，连线沿横梁方向的第三光纤光栅和第四光纤光栅，能够实时测量相互垂直的两个方向的振动加速度参量，通过第二光纤光栅对第一光纤光栅进行温度补偿，采用T型梁作为弹性体实现振动测量，有效地提高了传感器的谐振频率与灵敏度，但是，该专利不能同时实现对被测物体的振动和温度的同时测量和监测。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种用于列车轴承温度和振动测量的光纤光栅传感监测系统，其目的在于，通过端盖与被测试物体连接，通过设于壳体内的第一光纤光栅及设于端盖中心的第二光纤光栅分别感知被检测物体的振动及温度信号，该信号使得第一光纤光栅和第二光纤光栅的中心波长发生漂移，测试漂移量并通过光纤光栅解调装置和数据处理装置对漂移量进行解调即可实现对被测物体振动和温度的实时精确的监测，具有结构简单，安装方便，温度灵敏度高，振动测量和温度测量结果效果好等优点。

本发明为解决上述现有技术中存在的问题，采用如下的技术方案。

用于列车轴承温度和振动测量的光纤光栅传感监测系统，包括端盖及设于所述端盖上的壳体，其特征在于：所述端盖上端面设有凹槽，所述凹槽内设有第二光纤光栅，用于感知被测物体的温度信号并发生漂移，所述壳体的空腔内水平设有膜片，所述膜片的两端与所述壳体的侧壁固定连接，所述膜片的中心处设有第一光纤光栅，用于感知被测物体的振动信号并发生漂移，所述壳体的外侧设有光纤光栅解调装置，用于对所述漂移量进行解调以实现对被测物体振动和温度的实时监测，所述第二光纤光栅与光纤的起始端连接，所述光纤依次连接所述第二光纤光栅、所述第一光纤光栅和所述光纤光栅解调装置。

进一步地，所述第二光纤光栅一端通过环氧胶黏剂粘贴于所述端盖的凹槽内，另一端处于自由状态。