一种轴系应变测量系统技术方案

本发明专利技术属于机械工程技术领域，公开了一种轴系应变测量系统，包括光纤封装结构

【技术实现步骤摘要】
一种轴系应变测量系统


[0001]本专利技术属于机械工程
，具体涉及一种基于光纤光栅传感器的轴系应变测量系统
。

技术介绍

[0002]旋转轴系结构是指动力装置中在主机和推进器之间的旋转轴，通常由几个分段组合构成，它的主要功能是将主机输出的扭矩传递到推进器上
。
[0003]传统的轴系应变测量常采用电阻应变片，存在易受环境影响
、
不利于长期监测等问题
。
因此，迫切需要研发一种受环境影响小
、
利于长期监测的轴系应变测量系统，实时测量分析轴系应变，为轴系的安全运行提供保障和支持
。

技术实现思路

[0004]鉴于现有轴系应变测量系统的不足，本专利技术提供一种基于光纤光栅传感器的轴系应变测量系统
。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种轴系应变测量系统，包括光纤封装结构
、
传感光纤
、
温度补偿光纤铠装套管
、
光纤光栅解调仪和无线传输模块；
[0007]所述光纤封装结构为基片式，整体呈贴合待测轴系的弧形，其上包括一个
L
型定位装置以及位于
45
°
和
315
°
方向的环型增敏装置，光纤封装基底沿光纤布置方向设置有光纤定位槽；
[0008]所述
L
型定位装置用于光纤光栅应变传感器安装时定位轴系轴向；
[0009]所述环型增敏装置由多个环形结构串联组成，实现光栅区增敏；
[0010]所述传感光纤为一条写入三个光栅区的传感光纤，
45
°
和
315
°
方向两个光栅区用于应变测量，一个光栅区用于温度补偿，
45
°
和
315
°
方向应变测量光纤布置于光纤封装结构中的光纤定位槽，
45
°
和
315
°
方向应变测量光栅区通过环型增敏装置提高灵敏度，用于温度补偿的光栅区由温度补偿光纤铠装套管保护；
[0011]所述光纤光栅解调仪，连接传感光纤，光纤光栅解调仪用于发出光信号并接收和解调传感光纤内的信号；
[0012]所述无线传输模块，通过信号传输线缆与光纤解调仪相连，用于无线传输采集到的测试信号
。
[0013]所述传感光纤为单模光纤，三个光栅区串联连接
。
[0014]所述光纤光栅应变传感器具有温度自补偿功能
。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016](1)
本专利技术所述的基于光纤光栅传感器的轴系应变测量系统的封装结构采用弧形的基片式封装方式，易与轴系结构形状配合
。
[0017](2)
本专利技术所述的基于光纤光栅传感器的轴系应变测量系统的封装结构具有定位
装置，易于传感器安装时的轴系轴向定位
。
[0018](3)
本专利技术所述的基于光纤光栅传感器的轴系应变测量系统的封装结构在
45
°
和
315
°
方向设置环型增敏装置，可提高光纤光栅灵敏度
。
[0019](4)
本专利技术所述应变测量系统可以在温度补偿的前提下，进行轴系双向应变测量，计算可得轴系剪切应变
。
[0020](5)
本专利技术所述应变测量系统采用无线传输模块，解决轴系结构处于旋转状态时的信号传输问题
。
[0021](6)
本专利技术所述应变测量系统由温度补偿光纤铠装套管对温度补偿光栅区进行保护，可增强温补光栅区的结构安全
。
附图说明
[0022]图1为根据本专利技术一个实施例的轴系应变测量系统结构示意图；
[0023]图2为根据本专利技术一个实施例的轴系应变测量系统光纤封装结构主视图；
[0024]图3为根据本专利技术一个实施例的轴系应变测量系统光纤封装结构等轴侧视图；
[0025]图中：1待测轴系，2光纤封装结构，3传感光纤，4光纤光栅解调仪，5数据传输线缆，6无线传输模块，7温度补偿光纤铠装套管，8应变测试光栅区，9温度补偿光栅区，
10L
型定位装置
。
具体实施方式
[0026]下面结合技术方案和附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明
。
应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不限定本专利技术，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所设计到的技术特征只要彼此之间未构成冲突即可相互组合
。
[0027]如图1至图3所示，一种轴系应变测量系统，主要由光纤封装结构
、
传感光纤
、
温度补偿光纤铠装套管
、
光纤光栅解调仪和无线传输模块组成
。
[0028]传感光纤包括三个光栅区，分别为用于应变测量的
45
°
和
315
°
方向两个光栅区及用于温度补偿的一个光栅区，
45
°
和
315
°
方向应变测量光纤沿封装结构中的光纤定位槽布置，
45
°
和
315
°
方向应变测量光栅区通过环型增敏装置提高灵敏度；温度补偿光栅区由温度补偿光纤铠装套管进行保护
。
[0029]光纤封装结构呈与轴系表面形状匹配的弧形
。
[0030]试验中，光纤光栅解调仪采集三个光栅区的光信号，然后通过无线传输模块将采集信号传输至上位机，进一步计算得到考虑温度补偿后的轴系剪切应变，具体步骤如下：
[0031]步骤一：光纤光栅解调仪发射输入光信号
、
接收并解调经光纤光栅反射的光信号，其中，传感光纤的三个光栅区对应不同的反射光中心波长；
[0032]步骤二：无线传输模块将采集到的信号进行发送传输，以便后续应变分析；
[0033]进一步的，光纤光栅测得的应变由下式计算：
[0034][0035]式中，
Δλ
B
为光纤光栅传感器的中心波长漂移量，
P
e
为光纤材料的弹光系数，
Δε
为应变变化量，为光纤热膨胀系数，
ξ
为光纤热光系数，
Δ
T
为温度变化量，
λ
B
为光纤光栅传
感器的中心波长；
[0036]进一步的，轴系剪切应变由下式计算：
[0037]γ
xy
＝
ε
315
°
‑
ε
45
°
[0038]式中，
γ
xy
为轴系剪切应变，
ε...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种轴系应变测量系统，其特征在于，该轴系应变测量系统包括光纤封装结构
、
传感光纤
、
温度补偿光纤铠装套管
、
光纤光栅解调仪和无线传输模块；所述光纤封装结构为基片式，整体呈贴合待测轴系的弧形，其上包括一个
L
型定位装置以及位于
45
°
和
315
°
方向的环型增敏装置，光纤封装基底沿光纤布置方向设置有光纤定位槽；其中，
L
型定位装置用于光纤光栅应变传感器安装时定位轴系轴向；环型增敏装置由多个环形结构串联组成，实现光栅区增敏；所述传感光纤为一条写入三个光栅区的传感光纤，
45
°
和
315
°
方向两个光栅区用于应变测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔洪宇，胡昊明，徐环球，尹晓开，张希栋，王政，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：