[发明专利]用于船体横摇与纵摇运动测量的光纤光栅传感器及应用

说明书

本发明涉及一种用于船体横摇与纵摇运动测量的光纤光栅传感器及应用，主要包括：传感器密封盖、传感器壳体、传感器内部结构。其中外部壳体由一整块的铝合金加工而成，内部由铍青铜铰链结构、光纤光栅、铍青铜质量块等构成。传感器密封盖四周设有密封凹槽和密封条，侧面装有光纤防水航插接头。这使得传感器具备了抗干扰、耐湿热、不易变形的特性，可用于特别恶劣的使用环境中。该传感器可以动态测量船体因横摇、纵摇所产生的姿态角，消除温度对光纤光栅的影响，同时因其结构紧凑，适用于舰船结构安全监测中。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感器技术领域，特别是涉及一种动态测量船体横摇、纵摇运动的光纤光栅姿态角传感器及应用。

背景技术

在交通运输工具中，船舶具有装载量大，费用低等优点，然而船体在海面上经常会受到风、浪、流的影响，进而会发生周期性横摇、纵摇和艏摇的运动。船舶也会因这些运动而产生同等功率下失速、严重损伤船体结构和船员晕船等不利后果。因此，如果能及时监测到船体的这些运动，势必会增强船舶抗灾害能力，提高整体的安全性能。

光纤光栅做为光纤传感器的重要组成部分，具有良好的抗电磁干扰能力和电绝缘性。光纤的波长值不受光源功率的波动影响，多个不同波长的光栅也可串接在同一根光纤上。光纤本身耐化学腐蚀，物理性能稳定，同时体积微小可塑，因此光纤传感器适宜于在海洋船舶这样恶劣环境中使用。

舰船通常处于多潮湿、多振动和存在腐蚀性物质的恶劣的环境中，这加大了对电子设备装置性能的要求，传统的民用、商用装置已经不能满足要求。本新型光纤光栅传感器克服现有技术不足，实现船体姿态角变化的动态监测，从而为船上的决策者提供真实可靠的数据，延长船舶的使用寿命，并减缓船员因船体波动造成的身体不适。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种适用于海洋船舶横摇与纵摇运动测量的传感器，从而实现在恶劣环境下船体姿态角变化的动态监测。

本发明解决上述技术问题，通过采取以下技术方案实现：

一种用于船体横摇与纵摇运动测量的光纤光栅传感器，其特征在于它主要包括：传感器密封盖1、传感器壳体9、传感器内部结构；其中传感器密封盖的四周设有密封凹槽12，并在密封凹槽中嵌套安装密封条，在传感器密封盖设有带螺纹密封盖固定孔13，通过固定螺丝2与传感器壳体9进行密封，传感器壳体9的侧面设有航插接口4和四个航插固定孔11，通过螺丝来固定光纤防水航插3，传感器壳体9和传感器内部结构之间通过铍青铜铰链结构10上的通孔和固定螺丝2固定。

传感器内部结构包括铍青铜铰链结构10、光纤光栅5、铍青铜质量块6；其中铍青铜铰链结构10和铍青铜质量块6为一体成型结构，且铍青铜铰链结构10为差分对称结构，光纤光栅5通过环氧树脂胶7粘贴附着在铍青铜质量块6和铍青铜铰链结构10的两侧，内部的光纤光栅5和外部的光纤防水航插3通过左侧的光纤尾纤8连接，右侧的光纤尾纤8用防水胶布固定在铍青铜铰链结构10上。

用解调仪实时显示的光纤光栅中心波长的变化来代表船体的姿态角度的变化，当船体因横摇、纵摇所处姿态角不断发生变化时，船体姿态角与光纤光栅中心波长的变化基本呈现正弦函数的关系，通过解调仪端的补偿算法，最终获得光纤中心波长与船舶横摇与纵摇运动所产生姿态角变化之间的关系。

本发明所述的用于船体横摇与纵摇运动测量的光纤光栅传感器，其外部传感器壳体是由一整块的铝合金经过切割、打磨、氧化等步骤加工而成，未经过拼接焊接的过程。

所述的传感器侧面设有航插接口和四个直径为3mm的航插固定孔，用来固定光纤防水航插，以提升传感器的抗腐蚀能力，延长传感器的使用寿命。所述的传感器密封盖内部四周设有密封凹槽，并在密封凹槽中嵌套安装密封条，用来保证了传感器的密封性能和抗干扰性能。