光纤光栅振动传感器及其振动测量元件制造技术

本实用新型专利技术涉及光纤光栅振动传感器及其振动测量元件，提供了一种光纤光栅振动传感器(100),包括：基座（120）；和振动测量元件（141、142、143）；以及光纤光栅(171、172、173);其中，振动测量元件在轴向上安装在基座的安装面（131、132、133）上；振动测量元件包括第一凸台和第二凸台（211、212）；振动测量元件的第一凸台侧的一端固定安装在安装面上，振动测量元件的第二凸台侧的一端悬空；并且光纤光栅在轴向上封装在振动测量元件上，用于感测在该轴向上的振动。本实用新型专利技术的技术效果至少在于：能够分别调解轴向的振动灵敏度，以适应不同场合的测量需要。

【技术实现步骤摘要】
光纤光栅振动传感器及其振动测量元件
本技术涉及一种振动传感器，特别地涉及一种光纤光栅振动传感器及其振动 测量元件。
技术介绍
振动测量是指测定能表征物体振动特性的有关参数的过程。振动测量在故障监 测、结构健康监测方面有着重要的意义。振动测量需要选择灵敏度和频率响应能满足测量 要求的振动传感器。目前振动传感器的种类很多，包括压电式，磁电式以及光纤振动传感器 等。 光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展而另辟新径的一种崭新的 传感技术。自从1978年专利技术在光纤中形成光致布喇格光栅以来，光纤光栅（FBG: Fiber Bragg Grating)在光纤通信和传感中已得到广泛应用。光纤光栅首次被用于应变和温度 传感实验以来，光纤光栅传感器技术得到了持续的和快速的发展，成为光纤传感领域中发 展最快、被关注度最高的技术。这是因为光纤光栅构成的传感器与其他光纤传感器相比具 有很多突出的优点。其主要的优点包括：传感元件体积小、轻巧隐蔽，可以把它置于很小的 空间，甚至嵌入到复合材料中；结合波分复用（WDM: Wavelength Division Multiplexing) 和时分复用（TDM: Time Division Multiplexing)以及空分复用（SDM，Space Division Multiplexing)技术，每个光纤通道中可以设置多个光纤光栅构成准分布式的传感点，便于 空间组网，分辨精度高；光纤光栅作为传感元件，输出的是绝对波长量（它具有内在的波长 度量刻度），可以作为绝对量的测量；利用复合子结构光纤光栅的特殊光谱特性，可以制备 多参数智能传感元件等。因此，光纤光栅传感器特别适合于对大型市政工程、管道设施、航 天器、飞机、轮船、工业和生产设备等进行健康安全监测和自动控制。 光纤光栅传感具有抗电磁干扰、灵敏度高、安全可靠、耐腐蚀、可进行分布式测量、 便于组网等诸多优点，特别适合应用在一些特殊的场合，光纤光栅传感技术的应用已经发 展到了电力、石油、石化、交通和建筑等各个工业领域。在公共安全、国防、工农业安全生产、 环保等重大安全监测领域也有着重要应用。
技术实现思路
本技术的目的是：提供一种灵敏度高，频率范围宽的，能选择性地同时测量三 轴方向或其任一轴方向的振动的光纤光栅振动传感器。 在本技术的第一个方面，提供了一种光纤光栅振动传感器，包括：基座；和振 动测量元件；以及光纤光栅；其中，振动测量元件在轴向上安装在基座的安装面上；振动 测量元件包括第一凸台和第二凸台；振动测量元件的第一凸台侧的一端固定安装在安装面 上，振动测量元件的第二凸台侧的一端悬空；并且光纤光栅在轴向上封装在振动测量元件 上，用于感测在该轴向上的振动。 在一个优选实施例中，所述基座被加工有三个相互垂直的安装面，每个安装面在 轴向上均安装有一个振动测量元件；三个安装面上的三个振动测量元件被安装成在空间上 相互垂直；并且三个振动测量元件所封装的三个光纤光栅串接在一起。 在上述优选实施例中，三个振动测量元件其中至少之一的凸台的高度被不同地设 置，以便为光纤光栅振动传感器在相应的轴向上提供相对应的灵敏度。 在上述优选实施例中，所述光纤光栅通过引出光纤连接到光纤光栅解调仪，用于 传递所述光纤光栅感测到的振动，以便光纤光栅解调仪计算各轴向的振动量。 在所述光纤光栅振动传感器的应用中，所述光纤光栅振动传感器被安装在铁轨 下，用于测量铁轨在三个轴向的振动。 在本技术的第二个方面，还提供了一种用于光纤光栅振动传感器的振动测量 元件，其中所述振动测量元件在轴向上安装在光纤光栅振动传感器的基座的安装面上；所 述振动测量元件包括：悬臂梁弯曲中心层；第一凸台和第二凸台，位于悬臂梁弯曲中心层 上；和光纤光栅；其中所述光纤光栅在轴向上封装在第一凸台和第二凸台上，用于感测在 该轴向上的振动；振动测量元件的第一凸台侧的一端用于固定安装在安装面上，振动测量 元件的第二凸台侧的一端悬空。 在本技术的第一个方面和第二个方面的一个优选实施例中，其中第一凸台和 第二凸台高度相同，且根据不同的灵敏度需求选取不同的高度值，其中所述高度确定光纤 光栅振动传感器在轴向上的灵敏度的放大系数。 在本技术的第一个方面和第二个方面的又一个优选实施例中， 第一凸台和第二凸台的高度S是振动测量元件的悬臂梁的厚度h的N倍： <5 = Xh，其中N为大于零的数值。 在本技术的第一个方面和第二个方面的再又一个优选实施例中，所述N的取 值范围在1 _3之间。 在本技术的第一个方面和第二个方面的另一个优选实施例中，所述振动测量 元件的悬臂梁的弯曲所引起的光纤光栅上的应变表示为： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤光栅振动传感器(100),包括：基座（120）；和振动测量元件（141、142、143）；以及光纤光栅(171、172、173);其中，振动测量元件在轴向上安装在基座的安装面（131、132、133）上；振动测量元件包括第一凸台和第二凸台（211、212）；振动测量元件的第一凸台侧的一端固定安装在安装面上，振动测量元件的第二凸台侧的一端悬空；并且光纤光栅在轴向上封装在振动测量元件上，用于感测在该轴向上的振动。

【技术特征摘要】
1. 一种光纤光栅振动传感器（100)，包括： 基座（120);和 振动测量元件（141、142、143);以及 光纤光栅（171、172、173); 其中， 振动测量元件在轴向上安装在基座的安装面（131、132、133)上； 振动测量元件包括第一凸台和第二凸台（211、212); 振动测量元件的第一凸台侧的一端固定安装在安装面上，振动测量元件的第二凸台侧 的一端悬空；并且 光纤光栅在轴向上封装在振动测量元件上，用于感测在该轴向上的振动。2. 根据权利要求1所述的光纤光栅振动传感器（100)，其中第一凸台和第二凸台高度 相同，且根据不同的灵敏度需求选取不同的高度值，其中所述高度确定光纤光栅振动传感 器在轴向上的灵敏度的放大系数。3. 根据权利要求2所述的光纤光栅振动传感器（100)，其中第一 凸台和第二凸台的高度S是振动测量元件的悬臂梁的厚度h的N倍： 5 = ，其中N为大于零的数值。4. 根据权利要求3所述的光纤光栅振动传感器（100)，其中所述N的取值范围在1-3 之间。5. 根据权利要求3所述的光纤光栅振动传感器（100)，其中振动测量元件的悬臂梁 (200)的弯曲所引起的光纤光栅（171、172、173、206)上的应变表示为：其中： h为悬臂梁的厚度； S为凸台的高度； P为悬臂梁的曲率半径； M为惯性力的力矩； E为悬臂梁材料的杨氏模量； J为悬臂梁的惯性矩； L为悬臂梁长度； F为悬臂梁受到的惯性力； b为悬臂梁的宽度； m为悬臂梁的末端等效质量； a为外界振动的加速度； N为凸台的高度S除以悬臂梁的厚度h的比值。6. 根据权利要求1-5中任一项所述的光纤光栅振动传感器（100)，其中 所述基座被加工有三个相互垂直的安装面，每个安装面在轴向上均安装有一个振动测 量元件； 三个安装面上的三个振动测量元件被安装成在空间上相互垂直；并且 三个振动测量元件所封装的三个光纤光栅串接在一起。7. 根据权利要求6中所述的光纤光栅振动传感器（100)，其中 三个振动测量元件其中至少之一的凸台的高度被不同地...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛献辉，姜婷，翟江兰，丛宇殊，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11