一種光纖加速度傳感方法及設備的製作方法

2023-07-22 10:33:31

專利名稱：一種光纖加速度傳感方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明屬光纖傳感技術領域。
加速度的測試已有許多不同方法和相應裝置，但在一些環境惡劣的場合，如強電磁場幹擾下，卻不能滿足需求。其中較為典型的情形就是大型電力設備運行中的監測。隨著電力工業的發展，大型發電機的單機裝機容量日益增大，其定子線圈在正常工作運行尤其是在遇到突然短路時承受的電磁力劇增，如不採取措施加以控制將導致線棒絕緣磨損，直至損壞。因而監測大型發電機定子繞組端部的振動以識別某些潛在的或發展中的端部線圈故障，及時報警處理避免破壞性高壓擊穿，意義重大。國內外自60年代起提出了若干種不同方案進行電機振動測量，但由於此種測量所處的特定惡劣環境，強電磁場、急速變化的氣流、高分貝噪聲、溫度等因素都會對測試信號產生強烈的幹擾，致使原有方案都存在明顯缺陷。此外，由於信號引出線是金屬導線，測量儀器在電氣上與高壓連通，甚至可能危及操作人員人身安全。光纖優異的耐壓、抗強電磁幹擾等性能恰在此處表現出明顯的優越性。80年代以來，利用光纖加速度傳感測量電機振動備受國外工業界的重視。瑞典ASEA公司等作出了利用半導體螢光特性的光纖測振儀(ASEA研究與發明公司產品說明書，AcceleroMeter2010)，光信號由光纖傳至懸臂，同被測物固定在一起的懸臂調製光信號。為消除光路上其它因素的幹擾影響，在懸臂上有一定量的螢光物質，光照射後產生另一波長的光同調製後的光信號一同傳回，再用濾光的辦法將兩個波長的光分開處理，獲得加速度信號。這種方法的缺點在於接收裝置需分光、懸臂需加上螢光材料從而很複雜，成本也高。義大利人報導了雙光纖反射式的同類傳感裝置(SPIEVol.1230InternationalConferenceonOpto-electronicScienceandEngineering′90)，它的光信號傳至懸臂，懸臂反射調製後的光信號，由另一根光纖接收傳回。這種方法簡化了接收裝置，避免了加螢光材料的麻煩。但由於需兩根光纖，安裝、調試光路的複雜性自然增加，且可靠性和穩定性也必然相對變差，同時成本也降不下來。
本發明所要解決的問題就是尋找僅用單根光纖傳輸，同時簡化接收裝置，性能可靠、穩定而又低成本的光纖加速度傳感方法及設備。
本發明的目的是通過下述的方法和裝置實現的一種加速度的光纖傳感方法，它包括下列步驟1、由編碼器產生的一系列連續信號(如直流、正弦波、連續方波等)，經放大後驅動光源發光並注入光纖;
2、光信號經光纖分路器進入傳輸光纖到達末端上的懸臂，光纖末端和懸臂與被測物固定在一起，懸臂靠光纖的一面有高反射薄層，該反射層將部分光信號反射回光纖;懸臂將隨被測物一起運動，從而對反射回光纖的光信號進行調製;
3、由同一根光纖將攜帶加速度信息的光信號傳回，並由分路器將該光信號送至光電接收管把光信號轉換成電信號;
4、光電接收管送出的電信號經前置放大後分別送入帶通濾波器和低通濾波器，從兩濾波器輸出的電信號即分別是加速度調製信號和背景信號;
5、將4所述調製信號和背景信號送至除法器中作(調製信號/背景信號)的除法運算即獲得了所需的加速度信號。
上述方法中為使所獲加速度信號可靠、穩定，對由懸臂反射回的光信號有一個濾模步驟，將反射激勵的高階模濾掉。濾模對光功率的損耗大於1分貝。
實現上述方法的裝置包括編碼器、驅動器、光源、光纖、光纖分路器，固定於光纖末端且在靠光纖面上有高反射薄層的懸臂，光電接收管，前置放大器、帶通濾波器、低通濾波器和除法器。為保證所獲得的加速度信號的精度和穩定性，在緊靠懸臂的光路上還有一個濾模器，濾除不需要的高階模。
本發明僅用一根光纖傳輸發、收兩路光信號，且接收裝置簡單，整個系統光路穩定可靠，安裝、調試、製作更為簡便，較大地降低了成本。


圖1是本發明原理示意2是本發明的一種實施例下面將結合實施例詳細介紹本發明。這是一個利用光纖加速度傳感進行大型發電機定子繞組端部振動測試的系統。編碼器(1)產生序列信號經驅動器(2)帶動光源LED(3)發光，該光信號注入光纖分路器(4)的尾纖中，經光纖分路器後由光纖連接器(13.1)將信號傳至光纖(5)(實際應用中採用的單芯光纜)到達另一連接器(13.2)，再進入探頭區光纖。由光纖出射的光信號到達懸臂(7)上，懸臂(7)靠光纖面上有高反射材料薄層，因而將部分光信號反射回光纖。由於該段光纖和懸臂與被測物是固定在一起的，被測物振動時即帶動了懸臂同時振動，由懸臂反射回光纖的光信號就攜帶了被測物振動的加速度信號。攜帶了振動信息的光信號沿原光路返回至分路器(4)，因光纖分路器的作用而送至光電接收管PIN(8)轉換成電信號，由前置放大器進行放大。然後分別經帶通濾波器(10)和低通濾波器(11)分成調製信號和背景信號。調製信號和背景信號同時送進除法器(12)進行除法運算，即獲得了振動的加速度信號。除法器(12)的使用還在於將光信號沿途傳送所受到的微彎、溫度、光源不穩、光分路器性能不完善等因素的影響消除。同時，為保證所獲得的加速度信號的精度和穩定性，在光纖連接器(13.2)與懸臂(7)之間緊靠懸臂的地方還有一個濾模器(6)。濾模器的作用是濾除反射光所激勵的高階模，其對光功率的損耗大於1分貝。由除法器(12)輸出的加速度信號進入積分器進行二次積分處理即可得到所測電機振幅信號，從而實現振幅顯示、報警等功能。
權利要求
1.一種加速度光纖傳感方法，它包括下列步驟(1)用一列連續調製信號驅動光源將光信號注入光纖；(2)光信號經光纖分路器後由傳輸光纖傳至懸臂，懸臂和光纖末端與被測物固定在一起，懸臂靠光纖面上有高反射薄層，該反射層將部分光信號反射回光纖，此時加速度信號已調製在光信號上；(3)由同一傳輸光纖將攜帶加速度信息的光信號傳回，並用光纖分路器將該光信號送至光電接收管；(4)光電接收管輸出的電信號經前置放大後分別進入帶通濾波器和低通濾波器，輸出加速度調製信號和背景信號；(5)將(4)所述加速度調製信號和背景信號作除法運算，獲得加速度信號。
2.根據權利要求1所述的傳感方法，其特徵在於由懸臂反射回光纖的光信號先經過一段濾模區，濾掉高階模，然後再沿光纖傳回。
3.一種為使用權利要求1所述的方法而專門設計的測量設備，它包括編碼器(1)、驅動器(2)、光源(3)、光纖(5)、光纖分路器(4)、懸臂(7)、光電接收管(8)、前置放大器(9)、帶通濾波器(10)、低通濾波器(11)、除法器(12)，其特徵在於光信號的發送和接收均採用同一波長且使用同一光纖通道，由光纖分路器完成信號的分送，光電接收管(8)送出的電信號經前置放大後分別送至帶通濾波器(10)和低通濾波器(11)，兩濾波器的輸出連接到除法器(12)的輸入端。
4.根據權利要求3所述的測量設備，其特徵在於在光纖末端緊靠懸臂的地方有一個濾模器(6)。
全文摘要
本發明公開了一種加速度光纖傳感測量方法及設備。光信號沿光纖入射到與被測物固定在一起的懸臂上，懸臂將部分光信號反射回光纖，被測物運動帶動懸臂從而調製光信號達到傳感目的。本發明提供的測量方法及設備可用於各種情況下的加速度測試，特別適合於強電磁場(如大型電機)、防爆環境等惡劣條件下的加速度測試。
文檔編號G01P15/00GK1095482SQ9311182
公開日1994年11月23日 申請日期1993年5月22日 優先權日1993年5月22日
發明者樓培德 申請人:電子科技大學