一种温度不敏感光纤光栅加速度传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种温度不敏感光纤光栅加速度传感器，采用双矩形悬臂梁结构，该双矩形悬臂梁结构包括第一至第四悬臂梁、惯性质量块以及第一和第二悬臂梁固定端，所述惯性质量块位于四个悬臂梁的几何中心，并固定于四个悬臂梁上或联为一个整体，第一和第二悬臂梁固定端固定在四个悬臂梁的两端；所述温度不敏感光纤光栅加速度传感器进一步包括有传感器顶盖和底座，所述传感器顶盖与惯性质量块之间留有一定距离并与第一和第二悬臂梁固定端的上端固定连接，所述底座与惯性质量块之间留有一定距离并与第一和第二悬臂梁固定端的下端固定连接；所述悬臂梁的非线性均匀应变区域封装有传感光栅，传感光栅通过光纤出孔与外部解调单元相连。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种温度不敏感光纤光栅加速度传感器，采用双矩形悬臂梁结构，该双矩形悬臂梁结构包括第一至第四悬臂梁、惯性质量块以及第一和第二悬臂梁固定端，所述惯性质量块位于四个悬臂梁的几何中心，并固定于四个悬臂梁上或联为一个整体，第一和第二悬臂梁固定端固定在四个悬臂梁的两端；所述温度不敏感光纤光栅加速度传感器进一步包括有传感器顶盖和底座，所述传感器顶盖与惯性质量块之间留有一定距离并与第一和第二悬臂梁固定端的上端固定连接，所述底座与惯性质量块之间留有一定距离并与第一和第二悬臂梁固定端的下端固定连接；所述悬臂梁的非线性均匀应变区域封装有传感光栅，传感光栅通过光纤出孔与外部解调单元相连。【专利说明】一种温度不敏感光纤光栅加速度传感器【
】本专利技术属于光纤传感器
，具体涉及一种用于测定物体振动幅度和频率的温度不敏感光纤光栅加速度传感器。【
技术介绍
】光纤光栅作为一种无源器件，是通过一定的技术方法使光纤纤芯的折射率发生轴向调制而形成的衍射光栅。光纤光栅的反射或透射波的波长与光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率有关，而外界温度或应变的变化会影响光纤光栅的折射率调制周期和纤芯折射率，从而引起光纤光栅的反射或透射波长的变化，通过检测光栅反射中心波长的变化来获得外界物理量的变化。光纤光 栅加速度传感器与传统的强度调制和相位调制的光纤传感器相比，除具有耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰的优点外，还具有波长调制型的独特优点，利于波分复用，容易实现传感网络，然而，由于光纤光栅同时对温度应变敏感，在加速度测量的同时如何实现光栅温度不敏感加速度测量是一个难题，一般解决的方法是通过增加温度补偿光栅来消除温度的影响，不仅增加了传感器的成本，而且增加了光栅传感器的封装难度。因此，单光纤光栅在加速度测量领域的应用引起了人们的广泛关注和极大兴趣，具有重要的学术研究价值和市场应用前景。申请号为201310092296.X，专利技术名称为《一种双悬臂梁光纤光栅加速度传感器》的中国专利技术专利申请，公开了将两个裸光栅串接后封装在两片等强度的悬臂梁外表面上，当被测物体发生振动时，引起传感器内质量块的振动，在质量块的惯性力作用下，与质量块联接的两个悬臂梁的表面产生拉伸和压缩，使得粘贴于其上的两个传感光栅产生应变，由于两个光栅的参数相同，两个悬臂梁的材料相同，所以温度系数相同，同时两个光栅的中心波长漂移方向相反，在实现补偿温度的同时，实现加速度增敏，但这种光纤光栅加速度传感器对两个光栅的中心波长的要求比较严格，封装过程容易导致两个光栅的中心波长失配，导致传感器失效；而且其结构为等强度梁，应力集中区域在惯性质量块附近，此部分容易损坏，这些因素容易引起光栅啁啾而导致传感器无法正常使用。鉴于以上技术问题，实有必要提供一种温度不敏感光纤光栅加速度传感器以克服以上技术缺陷。【
技术实现思路
】本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述加速度传感器的缺点，提供一种单光栅温度不敏感的双巨型臂梁光纤光栅加速度传感器。为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种温度不敏感光纤光栅加速度传感器，采用双矩形悬臂梁结构，该双矩形悬臂梁结构包括第一至第四悬臂梁、惯性质量块以及第一和第二悬臂梁固定端，所述惯性质量块位于四个悬臂梁的几何中心，并固定于四个悬臂梁上或联为一个整体，第一和第二悬臂梁固定端固定在四个悬臂梁的两端；所述温度不敏感光纤光栅加速度传感器进一步包括有传感器顶盖和底座，所述传感器顶盖与惯性质量块之间留有一定距离并与第一和第二悬臂梁固定端的上端固定连接，所述底座与惯性质量块之间留有一定距离并与第一和第二悬臂梁固定端的下端固定连接；所述悬臂梁的非线性均匀应变区域封装有传感光栅，传感光栅通过光纤出孔与外部解调单元相连。作为本专利技术的优选实施例，所述传感器顶盖和底座上设置有对惯性质量块进行限位的限位结构，以限制传感器震动的最大位移。作为本专利技术的优选实施例，所述限位机构为朝向惯性质量块方向凸起的凸起部分。作为本专利技术的优选实施例，所述四个悬臂梁的结构参数相同，具有对称结构。作为本专利技术的优选实施例，所述四个悬臂梁由相同的弹性合金制成。作为本专利技术的优选实施例，所述传感光栅位于悬臂梁的中心轴线上，光纤输出端通过光纤出孔穿出传感器的第二悬臂梁固定端，并密封处理。作为本专利技术的优选实施例，所述传感光栅的中心波长为1543.5nm~1560.423nm,3dB带宽为0.26~0.35nm，传感光栅的几何长度为14~16mm。作为本专利技术的优选实施例，所述悬臂梁的厚度为0.5~0.8mm，长度为25mm，宽度为 10mnin作为本专利技术的优选实施例，所述质量块的长度为10mm，宽度为10mm，高度为8.4~9mm ο与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果:本专利技术利用光纤光栅的非均匀应变传感原理，使梁的外表面产生线性非均匀应变，将单只光纤光栅封装在矩形梁外表面的线性非均匀应变区域，当外界振动信号作用于该结构时，引起传感器内惯性质量块的振动，进而产生惯性力，导致与质量块联接的两个悬臂梁的表面产生线性非均匀应变，使得封装于其上的光栅光谱的带宽产生展宽，反射功率线性增大，而温度不影响光栅的反射谱的功率，与普通振动传感器相比，实现了温度不敏感加速度测量；而且通过一只光栅解决了温度和加速度交叉敏感问题。【【专利附图】【附图说明】】图1为本专利技术实施例1的结构示意图。其中，I为传感光栅，2、5、7、9分别为第一、第二、第三和第四悬臂梁，3为惯性质量块，4为传感器顶盖,6、10分别为第一和第二悬臂梁固定端,8为底座，11为光纤出口。【【具体实施方式】】下面结合附图和各实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术不限于这些实施例。实施例1请参阅图1所示，本专利技术温度不敏感光纤光栅加速度传感器为双矩形悬臂梁结构，主要由传感光栅1、第一悬臂梁2、惯性质量块3、传感器顶盖4、第二悬臂梁5、第一悬臂梁固定端6、第三悬臂梁7、底座8、第四悬臂梁9、第二悬臂梁固定端10、光纤出孔11联接构成。所述惯性质量块3处于四个悬臂梁的几何中心，并固定于四个悬臂梁上或联为一个整体，第二悬臂梁固定端10和第一悬臂梁2、第四悬臂梁9的左端固定并联为一个整体，第一悬臂梁固定端6和第二悬臂梁5、第三悬臂梁7的右端固定并联为一个整体，传感器顶盖4与第二悬臂梁固定端10和第一悬臂梁固定端6的上端密封焊接或胶密封固接，传感器底座8与第二悬臂梁固定端10和第一悬臂梁固定端6的下端密封焊接或胶密封固接，同时，传感器顶盖4和底座8设计有对惯性质量块3的限位结构。所述第一悬臂梁2的非线性均匀应变区域封装所述传感光栅1，传感光纤通过光纤出孔11与外部解调单元相连接。如图1所示，双矩形悬臂梁结构主要由第一悬臂梁2、第二悬臂梁5、第三悬臂梁7、第四悬臂梁9、惯性质量块3、第一悬臂梁固定端6和第二悬臂梁固定端10构成，四个悬臂梁的结构参数相同，具有对称结构，且由相同的高弹性合金制成，惯性质量块3通过焊接方法固定在中心位置，第一悬臂梁固定端6和第二悬臂梁固定端10的上端与传感器顶盖4焊接密封联结，传感器顶盖4与惯性质量块相对的一面设置有第一凸起部分以限制传感器向上振动的最大位移，第一悬臂梁固定端6和第二悬臂梁固定端10的下端与底座8焊接密封联结，底座8与惯性质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度不敏感光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述温度不敏感光纤光栅加速度传感器采用双矩形悬臂梁结构，该双矩形悬臂梁结构包括第一至第四悬臂梁（2、5、7、9）、惯性质量块（3）以及第一和第二悬臂梁固定端（6、10），所述惯性质量块（3）位于四个悬臂梁的几何中心，并固定于四个悬臂梁上或联为一个整体，第一和第二悬臂梁固定端（6、10）固定在四个悬臂梁的两端；所述温度不敏感光纤光栅加速度传感器进一步包括有传感器顶盖（4）和底座（8），所述传感器顶盖（4）与惯性质量块之间留有一定距离并与第一和第二悬臂梁固定端的上端固定连接，所述底座（8）与惯性质量块之间留有一定距离并与第一和第二悬臂梁固定端的下端固定连接；所述悬臂梁的非线性均匀应变区域封装有传感光栅（1），传感光栅通过光纤出孔与外部解调单元相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钦朋，乔学光，贾振安，傅海威，高宏，禹大宽，邵敏，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61