工程案例：光纤旋转叶片振动传感器 。内容提要： 在光电信息检测的信息光波感知系统部分，设置“光纤旋 转叶片振动传感器工程案例”。首先“介绍光纤旋转叶片 振动传感器的基本组成，再从光源、一进多出的光纤束式 结构、传感头与光电接收与预处理四个方面对技术途径进 行阐述，最后从原理、技术途径、整机技术指标进行可靠 性分析。 6
工程案例：光纤旋转叶片振动传感器 内容提要： ⚫ 在光电信息检测的信息光波感知系统部分，设置 “光纤旋 转叶片振动传感器工程案例”。首先“介绍光纤旋转叶片 振动传感器的基本组成，再从光源、一进多出的光纤束式 结构、传感头与光电接收与预处理四个方面对技术途径进 行阐述，最后从原理、技术途径、整机技术指标进行可靠 性分析。 6
引言 。信息光波感知系统是光电信息检测课程的重点与难点。 本工程案例来源于我们的科研项目，拟从研究背景、 组成原理、技术实现途径、关键技术及解决措施、研 制难点及解决措施等方面对该案例进行详细的阐述
引言 信息光波感知系统是光电信息检测课程的重点与难点。 本工程案例来源于我们的科研项目，拟从研究背景、 组成原理、技术实现途径、关键技术及解决措施、研 制难点及解决措施等方面对该案例进行详细的阐述。 7
工程需求背景： 。由于现代发动机是高速旋转的，所以叶片的振动测量赁 杂的技术问题，传统的接触式测量方法很难做到同时业 的所有叶片的振动情况，因此国内外一直在致力研究一种非接 触式的旋转叶片振动测量新技术。 旋转叶片随着压力负荷和转速的提高，不时会发生叶片的振动 及失速颤振，可能导致叶片折断。在高速运转过程中，一个叶 片的折断往往会造成整台涡轮机的完全损坏，因此迫切需要一 种能够实时监测最危险的第一级叶片振动状态的监测系统。 8
工程需求背景： 由于现代发动机是高速旋转的，所以叶片的振动测量是相当复 杂的技术问题，传统的接触式测量方法很难做到同时监测同级 的所有叶片的振动情况，因此国内外一直在致力研究一种非接 触式的旋转叶片振动测量新技术。 旋转叶片随着压力负荷和转速的提高，不时会发生叶片的振动 及失速颤振，可能导致叶片折断。在高速运转过程中，一个叶 片的折断往往会造成整台涡轮机的完全损坏，因此迫切需要一 种能够实时监测最危险的第一级叶片振动状态的监测系统。 8
主体内容： 。从空间光相位调制器的四个方面来阐述 基本原理 ●方案设计 ·关键技术 ●技术难点 9
主体内容： 从空间光相位调制器的四个方面来阐述 ⚫ 基本原理 ⚫ 方案设计 ⚫ 关键技术 ⚫ 技术难点 9
叶片振动传感器系统的测量原理： 光纤传感器1了 光纤传感器2 同步传感器 转轴标记 同步脉冲信号 Tu 叶端脉冲信号1 叶端脉冲信号2 Tb 10
叶片振动传感器系统的测量原理: 10
基本原理： 。叶端定时原理，利用传感器感受在它前面通过的旋转叶片 所产生的脉冲信号，叶片的端部相对于转动方向将会向 前或向后偏移，使得到达传感器的实际时间与假设叶片 不振动时到达传感器的时间不相等，即脉冲到达时间发 生改变，分析该时间差可得到叶片振动的信息 11
基本原理： 叶端定时原理,利用传感器感受在它前面通过的旋转叶片 所产生的脉冲信号，叶片的端部相对于转动方向将会向 前或向后偏移，使得到达传感器的实际时间与假设叶片 不振动时到达传感器的时间不相等，即脉冲到达时间发 生改变，分析该时间差可得到叶片振动的信息 11
方案设计： 单根Y型光纤的光纤振动传感器 ● 结构相对简单，制作相对容易，收光效率低，并且Y型光纤 分束器增大了入射光功率的损耗，增大了接受光纤的背景 光，降低了信噪比 FC接头 涡轮机叶片 光发送机 测头 光接收机 Y型光纤 Y型多路（一进多出）光纤的光纤振动传感器 ·单根发射光纤周围排布多根接收光纤，高信噪比，光收集效 率高 12
方案设计： 单根Y型光纤的光纤振动传感器 ⚫ 结构相对简单，制作相对容易，收光效率低，并且Y型光纤 分束器增大了入射光功率的损耗，增大了接受光纤的背景 光，降低了信噪比 Y型多路（一进多出）光纤的光纤振动传感器 ⚫ 单根发射光纤周围排布多根接收光纤,高信噪比，光收集效 率高 12
为了在高温、振动、污染等恶劣环境下实现旋转叶片的长距离检 测，选用高功率半导体光源与高灵敏度光电接收，传感头采用光 纤束与自聚焦透镜相结合的技术，并选用高温材料及高温密封的 传感结构。传感器采用模块化的设计方法，将其分为光源、光纤 束、传感头、光电接收四个子系统。 光源 传感头 一根 光纤束 七根 光电接收 与预处理 13 叶片振动光纤检测组件系统结构
为了在高温、振动、污染等恶劣环境下实现旋转叶片的长距离检 测，选用高功率半导体光源与高灵敏度光电接收，传感头采用光 纤束与自聚焦透镜相结合的技术，并选用高温材料及高温密封的 传感结构。传感器采用模块化的设计方法，将其分为光源、光纤 束、传感头、光电接收四个子系统。 光电接收 与预处理 传感头 一根 七根 光源 光纤束 叶片振动光纤检测组件系统结构 13
。针对祸轮机的高速旋转叶片进行检测，测量环境非常 恶劣，高温、强振动、污染严重， 必须在光学传感 头设计、制作、封装，信号采集与处理等诸多方面进 行精心的设计。 。最终方案 ●光源部分采用100mW、660nm带尾纤的半导体激光器 传光部分采用Y型多路光纤，基本上消除了外界背景光的影 响、极大地提高了信噪比 ● 传感头上采用高温光纤与自聚焦透镜相结合，提高测量灵敏 度 ● 光电接收部分采用光电二级管、前置放大器和主放大器相结 14 合
针对涡轮机的高速旋转叶片进行检测，测量环境非常 恶劣，高温、强振动、污染严重， 必须在光学传感 头设计、制作、封装，信号采集与处理等诸多方面进 行精心的设计。 最终方案 ⚫ 光源部分采用100mW、660nm带尾纤的半导体激光器 ⚫ 传光部分采用Y型多路光纤，基本上消除了外界背景光的影 响、极大地提高了信噪比 ⚫ 传感头上采用高温光纤与自聚焦透镜相结合，提高测量灵敏 度 ⚫ 光电接收部分采用光电二级管、前置放大器和主放大器相结 合 14
1.光源设计 采用大功率自带尾纤输出封装的半导体激光器。尾纤 输出50mW、波长660nm的半导体激光器，尾纤为数 值孔径为0.22、芯径100μm的多模光纤 半导体激光器对光反馈极其敏感，很容易破坏激光器 的稳定性，影响系统性能，因此，在半导体激光器的 输出端采用光隔离器。 16
1.光源设计 ⚫ 采用大功率自带尾纤输出封装的半导体激光器。尾纤 输出50mW、波长660nm的半导体激光器，尾纤为数 值孔径为0.22、芯径100μm的多模光纤 ⚫ 半导体激光器对光反馈极其敏感，很容易破坏激光器 的稳定性，影响系统性能，因此，在半导体激光器的 输出端采用光隔离器。 15