基于啁啾光柵傳感和波分復用技術的振動檢測系統技術方案

本發明專利技術提供一種基于啁啾光柵傳感和波分復用技術的振動檢測系統，包括寬帶光源、光耦合器、光纖光柵振動傳感器組、波分復用器、光電探測器陣列和信號采集處理器，寬帶光源發出的光經過光耦合器進入光纖光柵振動傳感器組，返回的光信號經光耦合器進入波分復用器，波分復用器的輸出端通過光電探測器陣列輸入給信號采集處理器；光纖光柵振動傳感器組為一條光纖上的多組光纖光柵，每組光柵包含2個啁啾光纖光柵；波分復用器包含一個輸入端和n個輸出端。本發明專利技術能夠增大光纖光柵振動檢測系統檢測范圍，并且提升檢測能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光纖傳感檢測
，具體涉及一種基于啁啾光柵傳感和波分復用技術的振動檢測系統。
技術介紹
振動是一切運動物體的固有特性，振動信號中包含著豐富的物體狀態信息。因此，振動信號檢測技術是了解和把握物體運動狀態的基礎和關鍵技術之一。在機械裝備的檢測和診斷中，振動檢測技術發揮著重要作用，發展迅速?？梢哉f，振動檢測是機械裝備狀態檢測和故障診斷中最有發展前景的方法之一。在機械裝備的振動檢測領域，目前使用較為廣泛的還是以電磁類傳感器為主的監測方法。如哈爾濱工業大學開發了具有代表性的機械狀態監測與故障診斷系統一MMMD系統。北京化工大學的高金吉院士團隊監測了 5700多套機泵，建立了設備遠程監測網和基于SOA架構的維修和安全保障信息化智能化平臺，但這些系統都是基于電磁傳感技術開發的。美國的本特利公司開發的電渦流式位移振動傳感器在機械設備監測領域得到了廣泛應用。但是，對于特殊環境，如高溫、高壓、易燃、易爆等危險場合下的機械裝備檢測，上述檢測儀器和方法則難以勝任。由于光纖傳感技術具有無電檢測，本征安全的特點，使其成為危險檢測領域中一種新的重要檢測手段。對于機械裝備振動信號的檢測，傳感器及其檢測方法是關鍵。光纖光柵的振動檢測方法主要有:波長檢測法、相位檢測法、光強檢測法等。對于高頻振動信號的檢測，波長檢測法的主要問題是解調速度難以滿足檢測要求。而相位檢測法則存在檢測精度差的問題。光強檢測法因具有解調速度快、檢測裝置簡單、制作成本低等優點而成為使用最多的方法之一。光強檢測法是基于雙光柵匹配和邊沿濾波解調的一種振動信號方法。它是利用光柵反射譜邊沿近似線性的特點，讓兩個波長近似的光柵在邊沿區域形成匹配，將振動信號引起的波長變化近似線性地轉換成光強，通過檢測光強大小來測定振動信號的頻率和幅值。該方法雖然具有上述優點，但在應用中也暴露出一些不足之處:第一，檢測精度不高。檢測結果受光源波動和線路損耗影響較大，檢測精度不高。針對這一點，專利技術專利CN201010104541.0引入了參考光柵，并采用了光強比值算法巧妙地解決了這一問題。第二，動態檢測范圍小。被測機械裝備的振動幅值較大時，會超出系統的動態檢測范圍；第三，檢測能力不足。系統檢測儀表的單通道僅能解調一個振動傳感信號，當檢測點較多時，不能進行同步檢測。截止目前，針對光強檢測法的后兩個問題仍沒有有效的解決方案。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是:提供一種基于啁啾光柵傳感和波分復用技術的振動檢測系統，能夠增大光纖光柵振動檢測系統檢測范圍，并且提升檢測能力。本專利技術為解決上述技術問題所采取的技術方案為:一種基于啁啾光柵傳感和波分復用技術的振動檢測系統，其特征在于:它包括寬帶光源、光耦合器、光纖光柵振動傳感器組、波分復用器、光電探測器陣列和信號采集處理器，其中寬帶光源發出的光經過光耦合器進入光纖光柵振動傳感器組，光纖光柵振動傳感器組返回的光信號經過光耦合器進入波分復用器，波分復用器的輸出端通過光電探測器陣列將光信號轉換為電信號再輸入給信號采集處理器； 所述的光纖光柵振動傳感器組為一條光纖上的多組光纖光柵，每組光柵包含2個啁啾光纖光柵； 所述的波分復用器包含一個輸入端和η個輸出端，輸出η個位于不同波段的光，光波帶寬大于光纖光柵振動傳感器組反射譜的最大帶寬，每個輸出端連接一個光電探測器，η個光電探測器構成所述的光電探測器陣列。按上述方案，所述的光耦合器為3dB光耦合器，所述的啁啾光纖光柵3dB帶寬均大于2nm，中心波長差小于0.5nm。本專利技術的有益效果為:采用啁啾光纖光柵作為傳感元件，擴大了傳感光柵的線性匹配區間，能顯著提高光纖光柵振動傳感器的動態檢測范圍；采用波分復用器，可使多個光纖光柵振動傳感器復用到一根光纖上，又在檢測時使各個傳感器的信號分離并進行獨立檢測，因此在解調光路中增加波分復用器后，光纖光柵解調儀表單通道攜帶傳感器的數量得到了顯著提高，增強了系統的檢測能力；通過采用本專利技術系統，降低了光纖光柵振動傳感器的制作難度及系統的綜合制造成本，適合在工程實際中推廣應用?！靖綀D說明】圖1為本專利技術一實施例的結構示意圖。圖2為光纖光柵振動傳感器的結構示意圖。圖中:1-寬帶光源，2-光耦合器，3-波分復用器，4-光電探測器陣列，5-光纖光柵振動傳感器組，6-信號采集處理器?！揪唧w實施方式】下面結合具體實例和附圖對本專利技術做進一步說明。圖1為本專利技術一實施例的結構示意圖，基于啁啾光柵傳感和波分復用技術的振動檢測系統包括寬帶光源1、光耦合器2、光纖光柵振動傳感器組5、波分復用器3、光電探測器陣列4和信號采集處理器6，其中寬帶光源I發出的光經過光耦合器2進入光纖光柵振動傳感器組5，光纖光柵振動傳感器組5返回的光信號經過光耦合器2進入波分復用器3，波分復用器3的輸出端通過光電探測器陣列4將光信號轉換為電信號再輸入給信號采集處理器6ο所述的光纖光柵振動傳感器組為一條光纖上的多組光纖光柵，如圖2所示，每組光柵包含2個啁啾光纖光柵。所述的波分復用器包含一個輸入端和η個輸出端，輸出η個位于不同波段的光，光波帶寬大于光纖光柵振動傳感器組反射譜的最大帶寬，每個輸出端連接一個光電探測器，η個光電探測器構成所述的光電探測器陣列。本實施例中，所述的光親合器為3dB光親合器，所述的啁啾光纖光柵3dB帶寬均大于2nm，中心波長差小于0.5nm，其反射光譜處于大部分重疊狀態，即匹配。采用啁啾光纖光柵作為傳感光柵，使光纖光柵振動傳感器的動態檢測范圍提高了幾倍。每組光柵的反射光譜均在寬帶光源光譜內，每組光柵的反射光譜之間保持一定的間隔(波長間隔大于2nm)，避免不同傳感器的信號之間發生竄擾，提高測量的準確性和可靠性。每組光柵對應于波分復用器的一個輸出端。本專利技術以水泵為例，將4組光柵安裝在水泵機組的非聯軸器側的軸承座(豎向、水平向和軸向各安裝I個)上和同側的I個地腳螺栓上。將4組光柵的首尾依次連接，復用到一根光纖上。由于水泵機組在現場，而檢測設備等放置在操作室，還需200米的傳輸光纜，將信號傳輸到操作室。本實施例中寬帶光源的帶寬為1280?1325nm，光功率為18 μ W。波分復用器為1X4型結構，有4個可用波段，其中心波長分別為1290nm，1300nm，1310nm，1320nm，每波段的波長范圍均為5nm，波段間隔5nm。寬帶光源發出的光經3dB光耦合器后照射到光纖光柵振動傳感器組中，滿足條件的光被反射后再經3dB光耦合器進入波分復用器中，不同波長的光從波分復用器的對應輸出端輸出，輸出光進入光電探測器陣列后被轉換成相應的電信號，再送入信號采集處理器中。光纖光柵振動檢測系統的檢測原理:當光纖光柵振動傳感器隨著水泵一起振動時，傳感光柵的反射譜發生移動，反射譜的包絡面積發生周期性改變，即傳感器的輸出光強亦產生周期性變化，其變化頻率等于水泵機組的振動頻率，變化幅度間接反映了水泵機組的振幅大小。光強信號通過檢測裝置6轉化成電信號，并送入計算機中進行采集和處理，直接顯示水泵機組的振動參量。本實施例中水泵機組的額定轉速為1200轉/min，轉頻為20Hz，設置系統的采集頻率為2560Hz。當水泵機組工作時，4組光柵都有響應，其時域響應相似，但通過頻域分析后發現，不同頻率成分的幅值存在差異?？梢钥闯觯S承座本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于啁啾光柵傳感和波分復用技術的振動檢測系統，其特征在于：它包括寬帶光源、光耦合器、光纖光柵振動傳感器組、波分復用器、光電探測器陣列和信號采集處理器，其中寬帶光源發出的光經過光耦合器進入光纖光柵振動傳感器組，光纖光柵振動傳感器組返回的光信號經過光耦合器進入波分復用器，波分復用器的輸出端通過光電探測器陣列將光信號轉換為電信號再輸入給信號采集處理器；所述的光纖光柵振動傳感器組為一條光纖上的多組光纖光柵，每組光柵包含2個啁啾光纖光柵；所述的波分復用器包含一個輸入端和n個輸出端，輸出n個位于不同波段的光，光波帶寬大于光纖光柵振動傳感器組反射譜的最大帶寬，每個輸出端連接一個光電探測器，n個光電探測器構成所述的光電探測器陣列。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：南秋明，李盛，岳麗娜，楊燕，張翠，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42