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解 决 方 案
0.22。 平均曲线如图 8 所示。图 8 中 , 纵坐标为 2 组接收光纤所接受
根据前面选定的纤芯半径可知 , 如果将第 2 组 30 根接收光 到的光强经光电二极管转化成电压的比值。由图 8 可知 , 该光
纤合成一束进行光电转换时 , 接收面的直径至少为 3.8mm, 已超 纤传感器的量程达到设计要求 , 与前期实验仿真结果一致 , 可
过现在最大标准光纤接口 SMA905 的内径 , 因此 , 根据接口内径 测范围为 3 ～ 8mm。
的大小 , 对第 2 组 30 根接收光纤分成 5 组分别进行光电转换 ,
每组 6 根接收光纤 , 组成的接收面的直径为 1.8mm。由于采集卡 五、结束语
的输入模拟信号有最大限制 , 而对光电转换成的光信号进行放 基于直驱式风力发电机气隙检测的需要 , 设计了一种面向
大时 , 将第 2 组接收光纤进行分束 , 还有利于提高光电信号的 直驱式风力发电机气隙检测用的光纤传感器系统 , 主要取得以
放大倍数。尾端结构如图 6 所示。 下结论。
A．采用多模光纤原理 , 对光纤束传感器探头进行了结构设
图6 光纤传感器系统尾端结构
计 , 能够有利于直驱式风力发电机气隙的工程现场检测。
ｂ．简化了反射光斑模型 , 绘出了双圈与三圈接收光纤输
出特性仿真比较曲线 , 以及改变光纤半径和入射光纤的数值孔
径其中某一参数时输出变化的仿真曲线。结果表明：圈数增加 ,
可以增加线性范围 , 灵敏度有所提高；光纤半径越大 , 入射光
纤的孔径越小 , 输出特性的线性范围越大 , 但是其灵敏度会降
低 , 并确定了最终的参数。
ｃ．对光纤传感器尾端进行分束处理 , 以保证电路接收到
的光强可以进行适当的放大 , 从而有利于整个系统的滤波抗干
扰。
ｄ．搭建了一套光纤传感器系统 , 通过静态标定实验分析 ,
得出所设计的光纤传感器系统量程可达 8mm, 满足直驱式风力发
四、光纤传感器系统搭建与性能测定 电机气隙检测的需要。
基于以上的功能模块设计与仿真分析 , 搭建了光纤传感
器系统如图 7 所示。其中 , 调理电路中的光电转换芯片采用
OpT101, 其是由美国 TI 公司生产的集 PIN 光电二极管与信号
放大器于一体的光电器件 , 具有灵敏度高、响应速度快和性
能稳定等优点；光源采用 Agilenttechnologies 生产的 HFBR-
1424 型光纤发射器 , 其工作波长为 820nm；数据采集卡选用了
NI-6210 型 , 具有 16 路模拟输入通道 , 单通道采样率最高可达 参考文献：
250kS/s, 系统共占用 7 个通道 , 采集卡入电压范围为 -10 ~ +10V, [1] 谢检生．永磁直驱风力发电机技术综述 [J]．南方农机 ,
具备 16 位高模拟输入分辨率 , 采样精度达 0.3mV。 2016,47(7)：90,93．
[2] 茹扎洪·斯衣迪克江 , 张新燕 , 常喜强 , 等 . 风速突变工
图8 采集处理后曲线
况下永磁风力发电机静态偏心磁场分析 [J]．电测与仪表 ,
2017,54(5)：40 － 44．
[3] 张平 , 张小栋 , 刘春翔．双圈同轴式光纤位移传感器的输
出特性 [J]．西安交通大学学报 ,2012,46(3)：27 － 30．
[4] 徐涛 , 吕海宝 , 杨华勇 , 等．一种强度补偿反射式光纤位
移传感器的研究 [J]．国防科技大学学报 ,2000,22(6)：
109 － 112．
[5] YUAN LB,pANJ,YANG T,et al．The analysiso of the
compensation mechanism of a fiber optic displacement
sensor[J]. Sensors and Actuators A: Physical,
1993,36(3):177-182.
[6] 李程启．旋转机械转轴振动光纤动态测试技术研究 [D]．西
可以旋转静态标定台的微调旋钮 , 在反射面位移每隔 50μm 安：西安交通大学 ,2012．
的变化下,通过静态标定程序记录进程和回程的输出电压数值。 [7] 谢思莹 , 张小栋．双圈同轴光纤束传感器三维空间输出特
对每种情况重复以上步骤 , 记录 3 组光纤传感器的进程、回程 性研究 [J]．振动、测试与诊断 ,2017,37(1)：174-180．
数据 , 作出光纤探头和反射表面的间距与电压输出的特性曲线 , [8] 杨亮 , 张小栋．双圈同轴光纤束位移传感器研究 [J]．振动、
对得到 3 组进程、回程静态标定数据进行求和平均处理 , 画出 测试与诊断 ,2009,29(2)：192 － 196．
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