光纤动态检测技术的研究与进展-论文.pdf

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1、第35卷第3期振动、测试与诊断Vo1．35No．32015年6月JournalofVibration．Measurement&DiagnosisJun．2o15专家论坛光纤动态检测技术的研究与进展张小栋，谢思莹。，牛杭，张平。，贾丙辉(1．西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安，710049)(2．西安交通大学机械工程学院西安，710049)(3．西安建筑科技大学机电工程学院西安，710055)(4．南京工程学院机械工程学院南京，211100)摘要首先，在论述光纤传感器基本理论和技术的基础上，重点以两类典

2、型的传光型光纤传感器——反射式光纤位移传感器及透射式光纤传感带为对象，讨论了其检测原理和关键技术，以及在大型旋转机械支承——滑动轴承的润滑膜状态信息和转子振动信息、航空发动机涡轮叶尖间隙、燃油流量及人体位姿信息等重要工程参数检测中的应用；其次，分析了两种典型的传感型光纤传感器——光强调制型光纤曲率传感器和Bragg光纤光栅传感器的检测原理和关键技术，并介绍了它们分别在机匣变形动态测量和齿轮应力应变动态测量中的应用；最后，基于这两类典型光纤传感器的特点及工程应用，对光纤动态检测技术进行了总结和展望。关键词光纤传感器；动态检

3、测技术；旋转机械；工程参数中图分类号TN25；THI33．31程，阐述了光纤传感器的基本检测原理，通过对几种典引言型传光型、传感型光纤传感器的检测原理、关键技术和工程应用的介绍，分析了光纤传感检测技术的发展需光纤传感器是一种将待测物理量信息转变为可求，并对未来光纤传感技术的发展趋势做出了展望。测光信号的新型传感检测装置。自20世纪60年代光纤问世后，这一新兴传感检测技术便得到了高速发1国内外光纤传感检测技术的发展展。各种待测物理量，如位移、压力、速度、流量等都可以对光纤传感器的输入光信号进行调制，进而得到对光纤动态检测技

4、术的研究起步于20世纪6O与待测物理量成一定函数关系的输出光信号。因为年代中后期，科技工作者利用光纤不仅能够传导光具有质量轻、体积小、耐高温、抗电磁干扰强、信号衰波，而且能在传播光波的过程中表征出光波特征参减程度小等特点，光纤传感器可以用来替代传统机械量随外界作用的变化规律这一特点，将待测量与光式、电磁式传感器，克服传统传感器用于狭窄环境测纤内的光信号传输特性联系起来。FrankE和Kis—量及恶劣环境测量时所存在的不足。自光纤传感器singerl_2先后提出了反射式强度调制型光纤位移传诞生以来，其种类不断增多，应用领域

5、不断扩展，从反感器，并利用其实现了非接触情况下的位移测量。射式光纤位移传感器、透射式光纤传感器等传光型光Reynolds等利用反射式光纤传感器研究了血液纤传感器，到Bragg光纤光栅传感器等传感型光纤传漫反射系数，实现了光纤传感器在医学领域的应用。感器，通过研究不同检测原理和结构的光纤传感器，Cook等对反射式光强调制型光纤传感器进行了可以方便地实现对位移、温度、速度、压力、化学组分系统的研究，并将该传感器用于冲击量的测量，使传等各种物理量的检测。近年来，光纤动态检测技术凭光型光纤传感器得到了进一步发展。借其巨大的优势被

6、广泛应用在石油化工、机械加工、1977年，美国海军研究所开展了光纤传感器系电子电力、生物技术、医药健康、航空、航天、航海等领统研究计划(FOSS)_5]，标志着对光纤传感器研究的域，对光纤动态检测技术及其工程应用的深入研究也全面开展。1978年，Hill等在掺锗石英光纤中发成为了未来先进检测技术研究的热点和发展趋势。现光纤光敏效应，并用驻波写入法制成世界上第1笔者叙述了光纤动态检测技术的国内外发展历只光纤光栅。同年，Butter等利用光纤微弯损耗*国家自科学基金资助项目(51405366，51405222)收稿日期：20

7、15-03—0141O振动、测试与诊断第35卷效应研制出了光纤应变仪，传感型光纤传感器的研方式来检测光信号波长的变化规律。究开始兴起。Meltz等利用紫外激光干涉法制成2．2光纤传感器的基本类型Bragg光纤光栅，为光纤光栅制造技术带来了重大突破。从此，以光纤光栅等为典型的传感型光纤传根据光纤在传感器中的作用，可将光纤传感器感器逐步走向实用化。分为传光型和传感型两类光纤传感器。随着对光纤动态检测技术的深人研究，可对光传光型光纤传感器是一种非功能型光纤传感信号的强度、相位、频率、偏振态、波长等参数进行调器，其中光纤只作为传

8、导介质，光信号是在光纤外部制的光纤传感器达到了近百种。欧美发达国家先后被待测量调制的，它的结构简单易实现。例如反射开展了一系列光纤传感研究计划，有NASA的光纤式光强调制型光纤位移传感器、透射式光强调制型陀螺仪研究计划(FOG)和数字光纤控制系统研光纤位姿传感带、利用黑体辐射现象的光纤温度传究计划(ADOSS)n、飞