一种高灵敏度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高灵敏度光纤光栅加速度传感器，属于振动监测技术领域。包括测量基板A或测量基板B、刚性梁和平衡弹簧，所述刚性梁的平衡位置与测量基板A基本平行或与测量基板B基本垂直，刚性梁的一端通过转轴和与测量基板A或测量基板B固定连接的架体铰接，刚性梁的另一端固定有质量块；刚性梁或质量块的一侧设有使刚性梁处于平衡位置的平衡弹簧；所述刚性梁的一侧或两侧共设有一根或两根光纤光栅；当测量基板A或测量基板B随被测件振动时，光纤光栅能直接感知刚性梁的振动信息。本发明专利技术显著提高了传感器的灵敏度，同时能有效抑制加速度传感器的横向灵敏度，结构简单、耐用、不易损坏、动态误差小、测量准确、灵敏度高、精度高、效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度光纤光栅加速度传感器
本专利技术属于振动监测
，更具体地说是一种高灵敏度光纤光栅加速度传感器。
技术介绍
土木工程结构、机床、汽车、航天器等构建都会受到随时间变化的载荷，即它们都会承受各种各样的动载荷，因此它们也会发生不同程度的振动。长期振动会使它们产生裂纹以及裂纹扩展，最后导致构件的疲劳破坏。剧烈的振动还会影响结构(设备)运行的可靠性，平稳性以及精度等指标。结构当发生伤损或者破坏时，其振型会发生变化，因此，可以通过监测结构的振动参数来了解结构的伤损情况。因此，振动监测变得十分普遍且尤为重要，而振动监测需要依靠加速度传感器。虽然传统的电学加速度传感器(一般包括压阻式加速度传感器，压电式加速度传感器，电容式加速度传感器等)发展了很长时间，技术也比较成熟，但却有很多的局限性，比如容易受到电磁干扰，不能长距离传输，大面积复用成本较高，容易受水汽侵蚀而腐蚀等。光纤传感技术的出现为解决这些难题提供了可能性。既有的光纤振动传感器包括光强度调制型、光相位和波长调制型振动传感器，它们具有各自的优势，但也存在一定的问题。例如，光强度调制型振动传感器优点是体积小、原理简单、成本低廉，但是精度低、稳定性差、需要特定的补偿技术；光相位和波长调制型振动传感器精度高、可复用，但是一般都需要结合机械振动响应结构来实现振动的测量。目前，基于波长调制型光纤振动传感器以布喇格光纤光栅加速度传感器最为常见，它具有抗干扰能力强，易于组网，制作工艺比较成熟等显著特点。布喇格光纤光栅加速度传感器结构大多采用梁式(简支梁、悬臂梁、异型梁等)结构。由于其结构本身的特点，基本上都是将光纤光栅直接粘贴(或者悬挂)在梁式结构上，把梁作为弹性元件，光栅随着梁的形变而变化，该类结构导致加速度传感器灵敏度低，容易发生啁啾现象，且难以抑制其横向加速度灵敏度。张文涛等人公开了一种温度不敏感的光纤光栅加速度传感器(CN101285847B)，虽然提高了传感器的灵敏度，但是无法控制L型杠杆的旋转量，不仅在剧烈振动时极易损坏，而且动态误差大。姜邵栋等人公开了一种光纤光栅加速度传感器(CN107478860A)，该结构虽然对传感器的灵敏度有所增加，但是没有避免传统悬臂梁结构灵敏度低的弊端，灵敏度增加效果有限。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种高灵敏度光纤光栅加速度传感器，可以解决现有技术中存在的技术问题，能有效抑制加速度传感器的横向灵敏度，结构简单、耐用、不易损坏、动态误差小，测量准确、灵敏度高、精度高、效率高。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高灵敏度光纤光栅加速度传感器，包括架体、光纤光栅和质量块，其特征在于：还包括测量基板A或测量基板B、刚性梁和平衡弹簧，所述刚性梁的平衡位置与测量基板A基本平行或与测量基板B基本垂直，刚性梁的一端通过转轴和与测量基板A或测量基板B固定连接的架体铰接，刚性梁的另一端固定有质量块；刚性梁或质量块的一侧设有使刚性梁处于平衡位置的平衡弹簧；所述刚性梁的一侧或两侧共设有一根或两根光纤光栅，光纤光栅的一端和刚性梁固定，另一端固定在测量基板A上或架体上；当测量基板A或测量基板B随被测件振动时，光纤光栅能直接感知刚性梁的振动信息。优选的，所述的光纤光栅为布喇格光纤光栅。优选的，所述刚性梁的平衡位置与测量基板A平行或与测量基板B垂直。优选的，光纤光栅的位置设置与刚性梁垂直。优选的，所述刚性梁或质量块的两侧均设有使刚性梁处平衡位置的平衡弹簧。优选的，所述转轴为轴承。进一步的，所述的一种高灵敏度光纤光栅加速度传感器，其特征在于：还设有平衡弹簧的弹力或长度调节机构。优选的，所述的平衡弹簧为恒力弹簧。优选的，所述测量基板A和/或测量基板B和架体构成长方体或正方体形的壳体；所述刚性梁平衡位置位于长方体或正方体形的中间位置。本专利技术的积极效果是提供了一种高灵敏度光纤光栅加速度传感器，可以解决现有技术中存在的技术问题，能有效抑制加速度传感器的横向灵敏度，结构简单、耐用、不易损坏、动态误差小，测量准确、灵敏度高、精度高、效率高。(1)本专利技术提供的高灵敏度光纤光栅加速度传感器，通过采用轴或轴承结构，显著提高了传感器的灵敏度。(2)本专利技术提供的高灵敏度光纤光栅加速度传感器，通过采用刚性梁，从根本上抑制了传感器的横向灵敏度。(3)本专利技术提供的高灵敏度光纤光栅加速度传感器，通过采用与质量块振动方向相互垂直的弹簧，更有效地降低了传感器的动态误差。同时，有效降低了刚性梁的旋转量，避免了传感器在剧烈振动时的损坏问题。(4)本专利技术提供的高灵敏度光纤光栅加速度传感器，通过设有平衡弹簧的弹力或长度调节机构，可方便调整传感器的自振频率。(5)本专利技术提供的高灵敏度光纤光栅加速度传感器，通过两侧布设双光栅不仅能实现传感器的温度补偿作用，还可显著提高传感器的灵敏度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1高灵敏度光纤光栅(单光纤光栅，单弹簧)加速度传感器结构示意图。图2为实施例2高灵敏度光纤光栅(双光纤光栅、单弹簧)加速度传感器结构示意图。图3为实施例3高灵敏度光纤光栅(单光纤光栅、双弹簧)加速度传感器结构示意图。图4为实施例4高灵敏度光纤光栅(双光纤光栅、双弹簧)加速度传感器结构示意图。图中各标号含义为：1、架体，2、刚性梁，3、质量块，4、轴承，5、弹簧，6、光纤，7、光纤光栅，8、平衡弹簧弹力或长度调节机构，8-1、8-2、弹簧筒形座，9、测量基板A，10、测量基板B。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1至图4为本专利技术一种高灵敏度光纤光栅加速度传感器的一种具体实施方式，包括架体1、光纤光栅7和质量块3，其特征在于：还包括测量基板A9或测量基板B10、刚性梁2和平衡弹簧5，所述刚性梁2的平衡位置与测量基板A9基本平行或与测量基板B10基本垂直，刚性梁2的一端通过转轴4和与测量基板A9-)或测量基板B10固定连接的架体1铰接，刚性梁2的另一端固定有质量块3；刚性梁2或质量块3的一侧设有使刚性梁2处于平衡位置的平衡弹簧5；所述刚性梁2的一侧或两侧共设有一根或两根光纤光栅7，光纤光栅7的一端和刚性梁2固定，另一端固定在测量基板A9上或架体1上；当测量基板A9或测量基板B10随被测件振动时，光纤光栅能直接感知刚性梁2的振动信息。图1至图4可作为本专利技术其中有代表性的4种具体实施方式。工作时位置，即当测量基板9固定连接在被测件上。所述的刚性梁2的平衡位置与与测量基板A9基本平行，是指刚性梁2的平衡位置与测量基板A9间也可成一个锐角，例如5-15度等角度。所述刚性梁2的平衡位置与测量基板B10基本垂直，是指刚性梁2的平衡位置与测量基板B10间为90度加减一个锐角，例如5-15度等角度。此时可利用角度关系进行计算。最佳呈几何平行。算法简便。所述刚性梁为质量小，刚度大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高灵敏度光纤光栅加速度传感器，包括架体(1)、光纤光栅(7)和质量块(3)，其特征在于：还包括测量基板A(9)或测量基板B(10)、刚性梁(2)和平衡弹簧(5)，所述刚性梁(2)的平衡位置与测量基板A(9)基本平行或与测量基板B(10)基本垂直，刚性梁(2)的一端通过转轴(4)和与测量基板A(9)或测量基板B(10)固定连接的架体(1)铰接，刚性梁(2)的另一端固定有质量块(3)；刚性梁(2)或质量块(3)的一侧设有使刚性梁(2)处于平衡位置的平衡弹簧(5)；所述刚性梁(2)的一侧或两侧共设有一根或两根光纤光栅(7)，光纤光栅(7)的一端和刚性梁(2)固定，另一端固定在测量基板A(9)上或架体(1)上；当测量基板(A(9)或测量基板B(10)随被测件振动时，光纤光栅能直接感知刚性梁(2)的振动信息。

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度光纤光栅加速度传感器，包括架体(1)、光纤光栅(7)和质量块(3)，其特征在于：还包括测量基板A(9)或测量基板B(10)、刚性梁(2)和平衡弹簧(5)，所述刚性梁(2)的平衡位置与测量基板A(9)基本平行或与测量基板B(10)基本垂直，刚性梁(2)的一端通过转轴(4)和与测量基板A(9)或测量基板B(10)固定连接的架体(1)铰接，刚性梁(2)的另一端固定有质量块(3)；刚性梁(2)或质量块(3)的一侧设有使刚性梁(2)处于平衡位置的平衡弹簧(5)；所述刚性梁(2)的一侧或两侧共设有一根或两根光纤光栅(7)，光纤光栅(7)的一端和刚性梁(2)固定，另一端固定在测量基板A(9)上或架体(1)上；当测量基板(A(9)或测量基板B(10)随被测件振动时，光纤光栅能直接感知刚性梁(2)的振动信息。2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述的光纤光栅(7)为布喇格光纤光栅。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑芝，赵德胜，许红彬，孙宝臣，杜彦良，赵维刚，王莽，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北,13