一種用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構的製作方法

2023-05-25 04:42:56 4

專利名稱:一種用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構，它是將光纖光柵加速度傳感器放置在剛性的密閉殼體中，將密閉殼體布設在船艏，在傳感器、密閉殼體、船體之間保持剛性連接，感知變化最劇烈的砰擊載荷。在光纖出口處利用防水、防腐蝕結構對其進行密閉保護，傳輸光纖插口利用標準FC連接器可與解調儀通信，完成對船體應力的實時監測。本實用新型使用密閉殼體及連接器對光纖光柵加速度傳感器進行保護，並在殼體內灌封矽膠防止海水滲入，並利用防水膠對金屬連接處進行防水保護，使得其可工作在船舶這樣高腐蝕、高振動的嚴苛環境下。
【專利說明】一種用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構

【技術領域】
[0001]本實用新型屬於光纖光柵傳感器領域，特別涉及一種在高腐蝕、劇烈振動惡劣環境下對船體結構應力實時監測的光纖光柵加速度傳感器結構。

【背景技術】
[0002]船舶結構長期服役在惡劣的海洋環境中，受到風載荷、波浪載荷、冰載荷、深水壓力載荷等作用，有時還要遭到船體碰撞、爆炸等衝擊影響。在這些惡劣的環境載荷長期作用下，結構容易發生各種災害性事故，造成巨大的人員傷亡和經濟損失。實時在線的船體載荷測量，及時為駕船人員提供客觀可靠的信息，使船體在航行中抵抗各種風險，成為急需解決的問題；而國內在該領域的研究還處於起步階段，並無相關技術產品。因此研究基於光纖光柵傳感器的船體應力監測系統，實現船體結構應力參數的實時監測有著非常重要的實際意義和經濟價值。其中加速度傳感器作為監測船體砰擊載荷的主要傳感器，通過該傳感器測量信號能直接反應出船體所遭受的砰擊波浪的大小強度，為船體航向調整具有重要的意義，是船體應力監測系統重要的組成部分。


【發明內容】

[0003]本實用新型的目的是克服現有技術的缺點和不足，提供一種在高腐蝕、強振動的船舶環境中有效進行應力檢測的加速度傳感器設備結構。
[0004]本實用新型解決其技術問題採用的技術方案如下:
[0005]一種用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構，其特徵是:包括光纖光柵加速度傳感器1、光分路器2、密閉殼體3、接口螺母4、外法蘭盤5、防腐防水膠圈6、非標光纖插頭7、插頭保護套8、封閉式尾彈簧9、傳輸光纖10、FC連接器11、防水膠層12 ;其中光纖光柵加速度傳感器I與光分路器2安裝在密閉殼體3中,光分路器2由非標光纖插頭7與傳輸光纖10連接，非標光纖插頭7由接口螺母4、外法蘭盤5、防腐防水膠圈6及插頭保護套8進行防水防腐蝕保護，最終構成密封結構。傳輸光纖10在非標光纖插頭7的尾處由封閉式尾彈簧9保護防止過度彎折，並最終由FC連接器11與光纖傳感器相連。
[0006]本實用新型所述的密閉殼體3、非標光纖插頭7、插頭保護套8的金屬部分使用316不鏽鋼材質，在接口螺母4中有內、外螺紋分別與非標光纖插頭7與插頭保護套8鎖緊。在密閉殼體3中，光纖加速度傳感器I保持剛性安裝，且光纖加速度傳感器1、光分路器2及通信光纖上使用矽膠灌封，在密閉結構中得金屬連接處都塗抹有防水膠層，以防止海水侵蝕。
[0007]本實用新型所述的非標光纖插頭7的尾處利用封閉式尾彈簧9保持光纖同軸性。
[0008]本實用新型將光纖光柵加速度傳感器放置在剛性的密閉殼體中，將密閉殼體布設在船艏，在傳感器、密閉殼體、船體之間保持剛性連接，感知變化最劇烈的砰擊載荷。在光纖出口處利用防水、防腐蝕結構對其進行密閉保護，傳輸光纖插口利用標準FC連接器可與解調儀通信，完成對船體應力的實時監測。
[0009]光纖光柵加速度傳感器是由粘貼有光纖光柵的懸臂梁、質量慣性塊以及相關的結構構成。採用回復性與彈性均較好的65#錳鋼材料製作懸臂梁。根據彈性力學的原理，當被測物體振動，質量慣性塊移動，懸臂梁將產生一個與施力方向相反的慣性力，由於慣性力的作用，懸臂梁將發生彎曲，帶動傳感光纖光柵伸長或壓縮，光的中心波長同時產生漂移。通過解調儀檢測光纖光柵中心波長的漂移量大小及方向，即可測量加速度的矢量信肩、O
[0010]利用密閉殼體316不鏽鋼材質的抗腐蝕性、高強度、防水性對光纖光柵加速度傳感器進行保護，滿足在船舶這樣的嚴苛工作環境。在傳感器的光纖光柵與傳輸光纖之間利用光分路器進行連接，同時也可以利用光分路器可實現多加速度傳感器的串聯使用，可實現傳感網絡的搭建，實現對全船的實時監測，也可以利用多個單軸光纖光柵加速度傳感器組成一個多軸加速度傳感器結構，實現對船體的多方向應力實時監測。
[0011 ] 光分路器的輸出口由傳輸光纖引出，接口處利用法蘭盤的內螺紋與非標光纖插口連接，保證了光纖端面的對齊，且光纖加速度傳感器、光分路器及通信光纖上使用矽膠灌封。在利用法蘭盤的外螺紋對插頭保護套進行鎖緊，插頭保護套對非標光纖插口起到防水防腐蝕的作用。在法蘭盤的外螺紋與插頭保護套間有防水墊圈，在防水的同時也起到防止高鹽腐蝕、螺母鏽死的作用，便於傳感器結構的拆卸維護。
[0012]在非標光纖插口的錐尾處和插頭保護套膠層之間塗抹防水膠層，在固定光纖尾芯的同時，也對非標光纖插口進行防水保護。在連接處利用插頭保護套對光纖進行保護，封閉式尾彈簧構成尾纖的特殊保護結構，防止過度彎折，避免光纖因小半徑折繞而帶來的損壞。
[0013]本實用新型公開了的用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構，特別涉及一種在高腐蝕、劇烈振動惡劣環境下對船體結構應力實時監測的光纖光柵加速度傳感器結構。適用於利用FC接口的傳輸光纖與解調儀連接，以應用於船體應力的動態實時監測。光纖光柵加速度傳感器安裝在密閉殼體中，二者保持剛性連接，並灌封矽膠防止海水滲入傳感器內部。傳感器的通信光纖經過光分路器由非標光纖插頭與傳輸光纖連接，非標光纖插頭由接口螺母、外法蘭盤、防腐防水膠圈及插頭保護套進行防水防腐蝕保護，最終構成密封結構。傳輸光纖在非標光纖插頭的尾處由封閉式尾彈簧保護防止過度彎折並保持同軸性，並傳輸光纖末端由FC連接器與解調儀相連。密閉結構中金屬部分使用316不鏽鋼材質，在防止高腐蝕海水侵蝕的同時也減輕重量，便於光纖加速度傳感器結構的小型化。
[0014]本實用新型相對於現有技術的有益效果在於:
[0015](I)使用密閉殼體及連接器對光纖光柵加速度傳感器進行保護，並在殼體內灌封矽膠防止海水滲入，並利用防水膠對金屬連接處進行防水保護，使得其可工作在船舶這樣高腐蝕、高振動的嚴苛環境下。
[0016](2)本實用新型中殼體及連接器的金屬部分採用316不鏽鋼，保證了抗腐蝕性的同時，減小加工成本，實現了加速度傳感器結構的小型化。
[0017](3)利用非標光纖連接器保證光纖端面間對齊，保持同軸性，在防止光纖頻繁折繞的同時也保證了光纖的同軸性。

【附圖說明】

[0018]圖1為船體應力監測的光纖加速度傳感器結構的內部剖面圖；
[0019]圖2為船體應力監測的光纖加速度傳感器結構中密閉連接器安裝過程示意圖；
[0020]圖3為船體應力監測的光纖加速度傳感器結構的整體外觀圖；
[0021]其中:
[0022]光纖光柵加速度傳感器1、光分路器2、 密閉殼體3、 接口螺母4、
[0023]外法蘭盤5、防腐防水膠圈6、非標光纖插頭7、插頭保護套8、
[0024]封閉式尾彈簧9、傳輸光纖10、 FC連接器11、防水膠層12。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例本對本實用新型作進一步說明:
[0026]實施例1
[0027]如圖1所示，這種船體應力監測的光纖加速度傳感器結構基本包括:光纖光柵加速度傳感器1、光分路器2、密閉殼體3、接口螺母4、外法蘭盤5、防腐防水膠圈6、非標光纖插頭7、插頭保護套8、封閉式尾彈簧9、傳輸光纖10、FC連接器11、防水膠層12。
[0028]傳感器的原理:光纖光柵加速度傳感器I放置在剛性的密閉殼體3中，上通信光纖卷和下通信光纖卷經由光分路器2轉接到傳輸光纖10上，最後由標準FC連接器與光纖解調儀相連。
[0029]在這種船體應力監測的光纖加速度傳感器的材質選擇上，金屬部分使用316不鏽鋼加工而成，其具有良好的焊接性能，便於加工成非標零件，有效降低結構成本。316不鏽鋼材質耐腐蝕性好、結構強度高，適宜在船舶這種高鹽、高振動苛酷等環境條件下使用。
[0030]在光纖光柵加速度傳感器I的安裝過程中，與密閉殼體3始終保持剛性連接，使得無論任何外力的作用下，傳感器I相對於密閉殼體3的位置都保持不變。在整個光纖光柵加速度傳感器中，船體的任何受迫動作都能傳導到光纖光柵加速度傳感器I上，最終傳感器I中慣性塊始終保持相對運動，帶動光纖光柵進行受力應變，從而減小測量誤差。且光纖加速度傳感器1、光分路器2及通信光纖上使用矽膠灌封，在密閉殼體內部做防水保護。
[0031]如圖2所示，接口螺母4的由內外螺紋、外法蘭盤5、防腐防水膠層6構成，內螺紋對應非標光纜插頭7，在插入光纖插芯後，擰緊內螺絲口，利用內螺紋間的摩擦阻力進行自鎖，增加接口的結構穩定性，且能夠保證光纖的連接端面，保證信號的穩定可靠傳輸。外螺紋用來接入插頭保護套8，並利用防腐防水膠層6構成墊圈，在防腐防水的同時起到防止雜質混入螺紋口堵死螺母的作用，便於二次插拔。
[0032]如圖3所示，在非標光纜插頭7由光纖插芯、螺絲口、防腐防水膠層12、尾彈簧9構成，將非標插頭7擰入接口螺母4後，在7的外圍澆灌適量防腐防水膠(約2ml)並抹勻，在防腐防水膠凝固前，擰入插頭保護套8，在插頭7和插頭保護套8之間行成防腐防水層12。最後插頭保護套8與外法蘭盤5之間固定，防腐防水膠層6使得二者之間有Imm間隙。
[0033]在安裝插頭保護套8後，尾彈簧9的封閉式尾彈簧結構使得插頭保護套8的金屬部分不會因為機械加工導致的金屬毛刺而劃傷光纖的外層封皮。當插頭保護套8鎖緊後，尾彈簧9外露約2cm長，對尾纖進行保護，使得光纖的最小折繞半徑大於20mm，以免光纖的玻璃芯纖在連接器出口處不會折斷。
[0034]如圖1所示，光纖10的尾端接口使用標準FC連接器11，可以使用標準光纖線對光纖加速度傳感器進行延長，最大傳輸距離可達6000m，以擴大測量範圍，滿足不同船體結構對傳感器的布設需求，同時也實現了對市面的大部分光纖解調儀的兼容，便於減小傳感器網絡系統實施成本。
[0035]本加速度傳感器結構可以為多傳感器串聯使用，構成船體結構檢測網絡，也可以利用多個單軸光纖光柵加速度傳感器通過幾何分布組成一個多軸加速度傳感器結構。
[0036]除上述實施例外，凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護範圍。本說明中未作詳細描述的內容屬於本領域技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構，其特徵是:包括光纖光柵加速度傳感器(I)、光分路器(2)、密閉殼體(3)、接口螺母(4)、外法蘭盤(5)、防腐防水膠圈(6)、非標光纖插頭(7)、插頭保護套(8)、封閉式尾彈簧(9)、傳輸光纖(10)、FC連接器(11)、防水膠層(12);其中光纖光柵加速度傳感器(I)與光分路器(2)安裝在密閉殼體(3)中，光分路器(2)由非標光纖插頭(7)與傳輸光纖(10)連接,非標光纖插頭(7)由接口螺母(4)、外法蘭盤(5)、防腐防水膠圈(6)及插頭保護套(8)構成密封結構，傳輸光纖(10)在非標光纖插頭(7)的尾處由封閉式尾彈簧(9)保護，最終由FC連接器(11)與光纖傳感器相連。2.根據權利要求1所述的用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構，其特徵在於密閉殼體(3)、非標光纖插頭(7)、插頭保護套(8)的金屬部分為316不鏽鋼材質。3.根據權利要求1所述的用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構，其特徵在於在接口螺母(4)中有內、外螺紋分別與非標光纖插頭(7)與插頭保護套8鎖緊。4.根據權利要求1所述的用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構，其特徵在於在密閉殼體(3)中，光纖加速度傳感器(I)保持剛性安裝，且光纖加速度傳感器(I )、光分路器(2)及通信光纖上使用矽膠灌封，在密閉結構中的金屬連接處塗抹有防水膠層。5.根據權利要求1所述的用於船體應力監測的光纖加速度傳感器結構，其特徵在於所述的非標光纖插頭(7)的尾處利用封閉式尾彈簧(9)保持光纖同軸性。
【文檔編號】G01L1-24GK204287227SQ201420763644
【發明者】王為 [申請人]天津簡儀科技有限公司