[发明专利]一种微型耐高温光纤法珀振动传感器

说明书

一种微型耐高温光纤法珀振动传感器，包括耐高温外壳，耐高温外壳内布置有基底反射部和振动敏感部，基底反射部包括固定基底和由固定基底的上侧面贯穿至竖直侧面的弧形光波导，弧形光波导内设置有用于温度漂移补偿的光纤布拉格光栅结构；振动敏感部包括布置在固定基底上方的十字悬臂梁，支撑十字悬臂梁的支撑结构和布置于十字悬臂梁中心下部的质量块；质量块的下端面和弧形光波导的上端面均镀有反射膜，形成法珀腔；其中，固定基底、支撑结构、十字悬臂梁和质量块均为二氧化硅材质，弧形光波导为耐高温石英材质。该光纤法珀振动传感器具有结构微小，耐高温，抗电磁干扰、自主抑制温漂、测量频率范围大、精度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种微型耐高温光纤法珀振动传感器，属于光纤传感检测技术领域。

背景技术

光纤传感器相比于传统的电学传感器具有抗干扰能力强、动态响应范围大、耐高温、体积小且能够实现高频振动测量等优点，同时，光纤传感的解调速度相对传统电类传感器也有很大提高，因此光纤传感技术在机械件结构健康监测中得到广泛应用。光纤振动传感器是机械结构机械激振、气动激振等检测的核心元件，光纤振动传感器的发展能够进一步提升结构健康监测的水平。光纤振动传感器在航空航天、大型建筑等工业和军事领域得到了广泛的应用，出现了各种类型的微型化光纤法珀传感器。因此，开展新型光纤传感器的研究具有很强的现实意义。

光纤法珀传感结构简单，可以利用不同的结构构建法珀传感器，根据不同的应用环境，传感器的样式可以灵活调整，因此，光纤法珀传感器衍生出很多种类，广泛应用在结构健康监测、航空航天、核电、生物、医学等领域。航空发动机作为飞机的核心部件，其工作状态是决定飞机安全运行的关键，航空发动机故障70％来源于振动，其中，航空发动机内部的转轴振动又是引起故障主要原因之一。利用振动传感器实现对航空发动机转轴振动的实时测量对于预测航空发动机转轴工作寿命、监测其工作状态，为航空发动机设计提供改进思路具有重要的价值。航空发动机转轴振动频率高达10KHz，工作环境温度超过700℃，且转轴附近可供安装传感器的空间狭小，这要求振动传感器具备耐高温、体积小、测量频率范围宽等特点。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种微型耐高温光纤法珀振动传感器，其结构微小，能够工作在700℃的高温环境，且具备抗电磁干扰、自主抑制温漂、测量频率范围大、测量精度高等优点。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种微型耐高温光纤法珀振动传感器，包括耐高温外壳，耐高温外壳内布置有基底反射部和振动敏感部，其结构特点是：

所述基底反射部包括固定基底和由固定基底的上侧面贯穿至竖直侧面的弧形光波导，所述弧形光波导包括竖直部分、水平部分以及连接水平部分和竖直部分的弧形部分，弧形光波导内设置有用于温度漂移补偿的光纤布拉格光栅结构；

所述振动敏感部包括布置在固定基底上方的十字悬臂梁，支撑十字悬臂梁端部的支撑结构和布置于十字悬臂梁中心下部的质量块；

所述质量块的下端面和弧形光波导的上端面均镀有反射膜，记质量块下端面镀的反射膜为反射膜一，弧形光波导上端面镀的反射膜为反射膜二；质量块下端面的反射膜一与弧形光波导上端面的反射膜二之间形成法珀腔；

所述固定基底、支撑结构、十字悬臂梁和质量块均为二氧化硅材质，弧形光波导为耐高温石英材质。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明采用十字悬臂梁感应振动，因此可以将外界较大的振动转换为较小的振动，从而可以保证该法珀振动传感器工作在线性区域并具有高监测灵敏度。

二、本发明将质量块设置于十字悬臂梁的中心下部，最大限度地减少了由于振动过程中悬臂梁弯曲带来的法珀腔上端面的弧形形变，减小因弧形形变造成法珀腔畸变而出现干涉光强减弱的情况，有利于提升传感器干涉信号的强度，保证法珀腔的工作稳定性。