[发明专利]一种用于转轴状态在线监测的光纤传感系统

说明书

一种用于转轴状态在线监测的光纤传感系统，包括光纤传感器、光纤耦合器、光源、光电探测器、与光纤传感器相连的转轴光传感信号耦合装置、与光纤耦合器相连的轴承光传感信号耦合装置；光纤传感器嵌入转轴内，光纤耦合器布置在转轴和轴承外部；轴承光传感信号耦合装置的套数根据采样频率要求设置；转轴光传感信号耦合装置和轴承光传感信号耦合装置均包括全反射棱镜、准直器和锥型光纤连接器，转轴每转动一周，转轴光传感信号耦合装置中垂直设置的准直器与轴承光传感信号耦合装置中垂直设置的准直器对准一次，实现光传感信号的信号耦合传输。该光纤传感系统不影响转轴正常工作，能够在高温环境下工作，且抗电磁干扰、结构稳定。

技术领域

本发明涉及一种用于转轴状态在线监测的光纤传感系统，属于光纤传感检测技术领域。

背景技术

对机械结构的振动、压力、应变等信号进行探测的光纤传感器及其信号处理技术的发展能够进一步提升结构健康监测的水平。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，因此光纤传感在机械件结构健康监测中得到广泛应用。

光纤传感器本身具有结构简单、体积小、抗电磁干扰等优势，在航空航天、大型建筑等工业和军事领域得到广泛的应用。利用光纤传感器对机械件结构的状态进行测量，不仅可以实现传感器的微型化和将传感器植入到被测机械件内部进行直接测量的现实需求，而且可适应高温、高湿、强腐蚀等恶劣工作环境。但由于信号处理电路系统无法适应高温、高湿、强腐蚀等恶劣的工作环境，且有的机械部件体积小，同时嵌入信号处理电路系统和光纤传感器技术难度大，因此利用光纤传感器监测机械件的状态，需要将光传感信号导出传感器工作环境，在远离传感器工作环境的后端进行信号处理。而在对转轴的状态进行实时监测的时候，既不能破坏转轴的主体结构，又要考虑保证监测精度的传感器安装位置，同时还需要考虑实际应用中的安装难度。所以在实际应用中，对于采用光纤传感器监测转轴状态，传感器的最佳安装位置是转轴表面或靠近表面的位置，转轴在运行中高速运转，如何将光纤传感器的光传感信号引出就成为了一个技术难题。

综上，在诸如航空发动机内部等恶劣工作环境下，如何通过光纤传感器监测转轴的状态并将光传感信号有效传输回终端是一个亟需解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的是一种可对转轴进行实时健康状态监测的光纤传感系统，该系统不影响转轴正常工作，能够工作在700℃以上的高温环境，且具有抗电磁干扰、结构稳定等优点。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种用于转轴状态在线监测的光纤传感系统，包括光纤传感器、光纤耦合器、光源和光电探测器，光源和光电探测器与光纤耦合器的一端相连，其结构特征是：

所述光纤传感器布置在转轴上开的传感器装配腔内，光纤耦合器布置在转轴和轴承外部，光纤传感系统还包括通过传导光纤与光纤传感器相连的转轴光传感信号耦合装置，通过传导光纤与光纤耦合器相连的轴承光传感信号耦合装置；转轴运行过程中，转轴光传感信号耦合装置与轴承光传感信号耦合装置之间通过信号耦合方式实现光传感信号传输；

所述轴承光传感信号耦合装置的套数根据采样频率要求设置；

所述转轴光传感信号耦合装置安装于转轴上开的微光学系统装配腔内，包括垂直设置的准直器、全反射棱镜、水平设置的准直器和锥型光纤连接器，其中转轴光传感信号耦合装置中垂直设置的准直器记为准直器一，全反射棱镜记为全反射棱镜一，水平设置的准直器记为准直器二，锥型光纤连接器记为锥型光纤连接器一；准直器一的一端与全反射棱镜一的水平侧面无缝连接，另一端对着轴承的内侧面；准直器二的一端与全反射棱镜一的垂直侧面无缝连接，另一端连接锥型光纤连接器一，锥型光纤连接器一通过传导光纤与光纤传感器相连；