一种光纤光栅加速度传感器制造技术

一种光纤光栅加速度传感器，包括：基座、弹性件、质量块，弹性件一端采用过盈配合与基座连接，弹性件另一端采用过盈配合与质量块连接，并采用激光焊接加固。用于测量加速度的第一光纤光栅、第二光纤光栅刻写在一根光纤上，第一光纤光栅的一端点胶固定在基座的导入孔上，第一光纤光栅的另一端点胶固定在质量块的上沿，再回绕到质量块的下沿。第二光纤光栅的一端点胶固定在质量块的下沿、另一端经过基座的导出孔引出，并点胶固定。本实用新型专利技术提供一种光纤光栅加速度传感器，以简化光纤光栅加速度传感器结构，增强光纤光栅加速度传感器的灵敏度，有效消除环境温度的影响。

An optical fiber grating acceleration sensor

An optical fiber grating acceleration sensor, which comprises a base, an elastic piece, one end of the mass, elastic interference fit connected with the base, the other end of the elastic member by interference fit connection with the mass, and the use of laser welding reinforcement. For the first fiber grating, measure the acceleration of the second fiber grating is fabricated in a single fiber, one end of the first fiber grating is fixed on the base of dispensing into the hole, the other end of the dispensing the first fiber grating fixed on the quality of the edge, then run back to the mass along. Second one end of the fiber grating is fixed on the lower edge of the mass block, and the other end is drawn out through the outlet hole of the base and fixed by dispensing. The utility model provides an optical fiber grating acceleration sensor, in order to simplify the structure of an optical fiber grating acceleration sensor, to enhance the sensitivity of the fiber grating acceleration sensor, and effectively eliminate the influence of the environmental temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅加速度传感器
本技术属于光纤光栅应用
，具体涉及一种光纤光栅加速度传感器。
技术介绍
光纤光栅传感技术具有灵敏度高、复用简单、抗电磁干扰、无源等特性，在加速度传感器领域倍受青睐。目前，大多数光纤光栅加速度传感器利用机械结构进行增敏，将加速度的变化转化为光纤光栅上的波长变化，再通过光栅解调仪还原传感信息。如“双等强度弹性件光纤光栅振动传感器”(申请号：201010285791.9)、“一种双弹性件光纤光栅加速度传感器”(申请号：201310092296.X)等探讨了双臂的机械敏感结构，结构设计相对复杂，且将光栅直接粘贴在弹性件表面，这种工艺在弹性件表面产生应变时，光栅容易啁啾，且受环氧树脂粘接剂性能的影响，很容易产生非线性效应。而专利“一种弹性件式光纤光栅加速度计”(申请号：200710065321.X)、“基于弹性件挠度的光纤光栅加速度计”(申请号：200710065322.X)虽然回避了直接粘贴的工艺，但采用单光栅结构，灵敏度不高，且没有考虑温度的影响。因此，如何在简化加速度传感器结构的同时，兼顾传感器的灵敏度和温度特性，是加速度传感器设计的需要考虑的问题。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足而提供一种光纤光栅加速度传感器，以简化光纤光栅加速度传感器结构，增强光纤光栅加速度传感器的灵敏度，有效消除环境温度的影响。本技术所采用的技术方案是：一种光纤光栅加速度传感器，包括：基座、弹性件、质量块，弹性件一端采用过盈配合与基座连接，弹性件另一端采用过盈配合与质量块连接，并采用激光焊接加固。用于测量加速度的第一光纤光栅、第二光纤光栅刻写在一根光纤上，第一光纤光栅的一端点胶固定在基座的导入孔上，第一光纤光栅的另一端点胶固定在质量块的上沿，再回绕到质量块的下沿。第二光纤光栅的一端点胶固定在质量块的下沿、另一端经过基座的导出孔引出，并点胶固定。所述第一光纤光栅、第二光纤光栅基于G.657的抗弯光纤刻写，裸光栅区域采用小弹性模量的高分子树脂材料超薄涂覆，涂覆后的直径为135um～140um，栅区长度30mm。通过采用抗弯光纤制作光栅，并减小涂覆层的厚度，来提升传感器的灵敏度，降低弯曲损耗。所述基座作为光纤光栅加速度传感器支撑结构，采用不锈钢制作而成。所述质量块用于调整光栅加速度传感器的灵敏度和谐振频率。所述弹性件为弹簧钢，厚度0.2mm；基座和质量块上卡槽的开口大小为0.2mm。所述基座、弹性件、质量块通过机械配合和激光焊接进行组装，构成悬臂梁结构。本技术一种光纤光栅加速度传感器，有益效果如下：1、简化了加速度传感器的设计：弹性件结构采用分体组合方式设计，弹簧片和质量块单独加工，避免了一体化设计导致的加工困难；悬臂采用专用的弹性金属材料制作，用料少，热处理方便，残余应力小；质量块形状规则，有利于通过精密机械加工来控制质量块的重量。2、传感器的灵敏度高，插入损耗小：双光栅的波长反向联动，经过差分后，灵敏度比普通单光栅加速度传感器提高1倍；考虑光纤粘接和回弯过程中极易导致光功率损耗，采用G.657抗弯光纤刻写光栅，累积插入损耗小于0.3；栅区采用小弹性模量的高分子树脂材料超薄涂覆，既有效避免了水汽的渗透，延长了传感器的使用寿命，又确保了外力有效作用于光栅部分，提升了传感器的灵敏度。3、消除了环境温度的影响：当环境温度变化时，两个光栅的波长出现通向漂移，振动量差分后可以有效消除环境温度的影响。附图说明图1为本技术一种光纤光栅加速度传感器的结构示意图。具体实施方式如图1所示，一种光纤光栅加速度传感器，包括基座1、弹性件4、质量块5、侧盖和光纤光栅。弹性件4一端采用过盈配合与基座1连接，弹性件4另一端采用过盈配合与质量块5连接，并采用激光焊接加固。用于测量加速度的第一光纤光栅2、第二光纤光栅3刻写在一根光纤上，第一光纤光栅2的一端点胶固定在基座1的导入孔6上，第一光纤光栅2的另一端点胶固定在质量块5的上沿，再回绕到质量块5的下沿；第二光纤光栅3的一端点胶固定在质量块5的下沿、另一端经过基座1的导出孔7引出，并点胶固定。所述第一光纤光栅2、第二光纤光栅3基于G.657的抗弯光纤刻写，裸光栅区域采用小弹性模量的高分子树脂材料超薄涂覆，涂覆后的直径为135um～140um，栅区长度30mm。所述基座1、弹性件4、质量块5通过机械配合和激光焊接进行组装，构成悬臂梁结构。考虑传感器的使用环境和稳定，基座1采用不锈钢制作；弹性件4采用弹簧钢制作，厚度0.2mm；基座1和质量块5上卡槽的开口大小为0.2mm，其中，弹性件4与基座1和质量块5采用过盈配合连接，再通过激光焊接加固。第一光纤光栅2、第二光纤光栅3在G.657抗弯光纤上刻写，光纤直径250um，在需要刻写光栅的区域，先剥除涂覆层30mm，然后固定在掩膜版的准确位置，再曝光刻写。刻写完毕的光栅，采用高分子超薄涂覆技术来对光栅区域进行保护，涂覆后的直径约135～140um。传统的涂覆层厚度约250um，当光栅收到拉力作用后，光栅的纤芯、包层区域和涂覆层共同受力，由于涂覆层厚度较厚，具有较强的抗应变能力，使纤芯承受的应变减小，光栅的波长漂移幅度减小，灵敏度收到限制。当采用超薄涂覆技术后，涂覆层厚度的减小为原来的1/10，应变的大小主要由纤芯和包层决定，在同样加速度的情况下，纤芯的应变较大，光栅的波长漂移量大，从而提升传感器的灵敏度。当光纤光栅加速度传感器受到振动激励时，质量块5在垂直于弹性件4的方向起振，质量块5边缘与基座1的导入孔6、导出孔7之间的距离发生变化，从而使第一光纤光栅2和第二光纤光栅3产生与振动频率一致但方向相反的、周期性的轴向应力变化，即一个光栅的波长增加，另一个光栅的波长会减小，且大小相当。传感器的灵敏度为：其中，△λ1为第一光纤光栅2的波长变化量，△λ2为第二光纤光栅3的波长变化量，a为被测的加速度。该传感器匹配目前的光纤光栅CCD波长解调仪，实时解调两个光栅的各自波长，再对两个光栅的波长变化作差，计算传感器的灵敏度，相比较传统的单光栅传感器，灵敏度可以提升1倍。此外，当环境温度升高或者降低时，两个光栅的波长会出现同方向、同大小的漂移，通过对两个光栅的波长作差，可以有效消除温度影响。光纤光栅与基座1和质量块5之间直接采用环氧树脂点胶固定，装配成光纤光栅加速度传感器，在振动台上标定其振动频率特性。该传感器制作方法简化了加速度传感器的设计和加工要求，结构简单，制作成本低，灵敏度高，克服了环境温度影响，具有较好的实用性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅加速度传感器，其特征在于，包括：基座(1)、弹性件(4)、质量块(5)，弹性件(4)一端采用过盈配合与基座(1)连接，弹性件(4)另一端采用过盈配合与质量块(5)连接，并采用激光焊接加固；用于测量加速度的第一光纤光栅(2)、第二光纤光栅(3)刻写在一根光纤上，第一光纤光栅(2)的一端点胶固定在基座(1)的导入孔(6)上，第一光纤光栅(2)的另一端点胶固定在质量块(5)的上沿，再回绕到质量块(5)的下沿；第二光纤光栅(3)的一端点胶固定在质量块(5)的下沿、另一端经过基座(1)的导出孔(7)引出，并点胶固定。

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅加速度传感器，其特征在于，包括：基座(1)、弹性件(4)、质量块(5)，弹性件(4)一端采用过盈配合与基座(1)连接，弹性件(4)另一端采用过盈配合与质量块(5)连接，并采用激光焊接加固；用于测量加速度的第一光纤光栅(2)、第二光纤光栅(3)刻写在一根光纤上，第一光纤光栅(2)的一端点胶固定在基座(1)的导入孔(6)上，第一光纤光栅(2)的另一端点胶固定在质量块(5)的上沿，再回绕到质量块(5)的下沿；第二光纤光栅(3)的一端点胶固定在质量块(5)的下沿、另一端经过基座(1)的导出孔(7)引出，并点胶固定。2.根据权利要求1所述一种光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述第一光纤光栅(2)、第二光纤光栅(3)基于G.657的抗弯光纤刻写，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思，罗志会，陈小刚，王凤钧，潘礼庆，肖炎山，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42