一种基于光纤光栅的三维振动传感器的制作方法

1.本实用新型涉及地震勘探技术领域，特别是涉及一种基于光纤光栅的三维振动传感器。


背景技术：

2.现有的地震传感器大多数采用精密元件和复杂电路设备，结构较为复杂，成本高且操作和计算复杂，抗疲劳性能、耐久性普遍较差，与全寿命监测的意义相差甚远。光纤光栅传感器是近年来出现的一种新型的传感器，将光栅区域作为传感器位置，利用宽带低能量的激光经过光纤芯内波导型光栅过滤某一特征频谱的光源来检测环境温度和位移变化，当环境温度和外界应力变化时，光纤线芯会发生延展或收缩，从而导致光栅间距发生变化，反射光的中心波长的线性也随之改变，通过监测波长的变化可以计算出应变的变化情况。
3.为此，cn 216285754 u 中公开了一种基于光纤光栅的水平双向地震传感器，采用光纤光栅传感器技术设计了新型的水平双向地震传感器，这种传感器不仅只能检测两个方向的振动，而且装置结构复杂，因此应用范围受到限制。
4.相较于其他环境温度和位移检测技术，光纤光栅传感器具有防爆、抗电干扰、抗辐射、抗腐蚀、重量轻耐高温等优点，在航空、船舶、电力和石油等领域得到了广泛的应用。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种基于光纤光栅的三维振动传感器，以解决上述现有技术存在的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种基于光纤光栅的三维振动传感器，包括三个结构相同，两两互为正交放置的位移传感器；所述位移传感器外形为方柱体，内部截面为相同边长的正方形；所述位移传感器内部中心位置有质量块，可以在空腔内滑动；所述质量块的一侧中心位置分别连接光纤光栅传感器和弹簧；所述弹簧一侧和光纤光栅传感器连接，另一侧通过顶盖上的校准螺栓相连；所述质量块的另一侧通过阻尼器和固定在底盖上的铜制连接杆相连；
7.优选的，三个位移传感器，两两互为正交，且其中两个位移传感器为水平放置。
8.优选的，所述位移传感器质量块内部截面为各处边长相等的正方形。
9.优选的，所述位移传感器质量块的截面和位移传感器内截面相同，可以在所述位移传感器内腔滑动。
10.优选的，所述位移传感器的底盖和质量块都设置了通孔，光纤可以通过两孔从底盖引出。
11.优选的，所述质量块材料为铜制。
12.优选的，所述位移传感器的外壳为铜制，所述弹簧为无磁压缩弹簧。
13.本实用新型公开了以下技术效果：
14.(1)本实用新型中的光纤光栅传感器以物理性质稳定的光纤作为检测材料，较金
属类的普通传感器更加适合在恶劣的环境下工作，当光纤光栅受到外界应力后，通过测量入射在光栅上的反射光波长，可以实现精密而准确的测量；
15.(4)本实用新型在三个维度上对振动信号进行测量，采用的光纤光栅传感器技术可以获得高精度的三维矢量振动数据；
16.(4)本实用新型采用的光纤光栅传感器可以串联组网，实现测量目标的远距离分布式测量。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型结构主视图；
19.图2为本实用新型中位移传感器的剖面图；
20.图3为本实用新型中位移传感器的装配图；
21.图4为本实用新型中角接器的主视图。
22.其中：1、位移传感器；2、角接器；3、底盖；4、外壳；5、连接杆；6、阻尼器；7、质量块；8、光纤光栅传感器；9、弹簧；10、顶盖；11、校准螺栓；12、光纤。
具体实施方式
23.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详述：
24.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
25.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
26.如图1-图4所示，本实用新型提供一种基于光纤光栅的三维振动传感器，包括三个结构相同，两两互为正交放置的位移传感器1，位移传感器1外形为方柱体，内部截面为各处边长相等的正方形；所述位移传感器1内部中心位置有可以在空腔内滑动的质量块7，质量块7的一侧中心位置分别连接光纤光栅传感器8和弹簧9，弹簧9一侧和光纤光栅传感器8连接，另一侧通过顶盖10上的校准螺栓11相连，质量块7的另一侧通过阻尼器6和固定在底盖上的铜制连接杆5相连，底盖3和质量块7都设置了通孔，光纤12可以通过两孔从底盖引出。
27.在使用时，需要首先调整三个位移传感器的校准螺栓11，避免单向传感器测量时的耦合作用，将三个维度上的位移传感器的反射波长统一为一个值，然后定位三个位移传感器的空间位置，保证在各自径向上构成的矢量两两正交，振动发生后，位移传感器1内部的质量块7会发生相向或相背移动，通过光栅光纤解调仪可以在三个方向上得到振动幅度。
28.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型
的限制。
29.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思和特点，其目的是让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能因此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于光纤光栅的三维振动传感器，其特征是三个结构相同，两两互为正交放置的位移传感器（1）通过角接器（2）连接并固定，位移传感器（1）外壳（4）为方柱体，内部截面为各处边长相等的正方形；所述位移传感器（1）内部中心位置有可以在空腔内滑动的质量块（7），质量块（7）的一侧中心位置分别连接光纤光栅传感器（8）和弹簧（9），弹簧（9）一侧和光纤光栅传感器（8）连接，另一侧通过顶盖上的校准螺栓（11）相连，质量块（7）的另一侧通过阻尼器（6）和固定在底盖（3）上的铜制连接杆（5）相连。2.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的三维振动传感器，其特征是位移传感器（1）质量块（7）内部截面为各处边长相等的正方形。3.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的三维振动传感器，其特征是位移传感器（1）质量块（7）的截面和位移传感器内截面相同，可以在所述位移传感器（1）内腔滑动。4.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的三维振动传感器，其特征是位移传感器（1）的底盖（3）和质量块（7）都设置了通孔，光纤可以通过两孔从底盖引出。5.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的三维振动传感器，其特征是位移传感器（1）的质量块（7）材料为铜制。6.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的三维振动传感器，其特征是位移传感器（1）的外壳（4）为铜制，所述弹簧为无磁压缩弹簧。7.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的三维振动传感器，其特征是位移传感器（1）的底盖（3）和质量块（7）都设置了通孔，光纤（12）可以通过两孔从底盖引出。8.如权利要求1所述的一种基于光纤光栅的三维振动传感器，其特征是角接器（2）的顶角设有供三个位移传感器（1）的光纤（12）引出孔。

技术总结
本实用新型提供一种基于光纤光栅的三维振动传感器，包括三个结构相同，两两互为正交放置的位移传感器，位移传感器外形为方柱体，内部截面为各处边长相等的正方形；所述位移传感器内部中心位置有可以在空腔内滑动的质量块，质量块的一侧中心位置分别连接光纤光栅传感器和弹簧，弹簧一侧和光纤光栅传感器连接，另一侧通过顶盖上的校准螺栓相连，质量块的另一侧通过阻尼器和固定在底盖上的铜制连接杆相连，本实用新型能够同时精确检测三个方向的振动，具有抗干扰、耐腐蚀和易组网等优点。耐腐蚀和易组网等优点。耐腐蚀和易组网等优点。


技术研发人员：王志坚 李敏 杨晓国 李军 卫少亮 李晓霞 杜俊杰 陈青松 姚宇
受保护的技术使用者：山西潞安集团余吾煤业有限责任公司
技术研发日：2022.05.11
技术公布日：2023/1/30