一种光纤压力和加速度传感器及其安装标定方法技术

本发明专利技术提供了一种光纤压力和加速度传感器及其安装标定方法，涉及光纤传感器技术领域，其包括贯穿外壳的光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器，外壳内设置有边缘厚中间薄的感振膜片，感振膜片的下端通过光纤支架沿边缘支撑，感振膜片上端的中部固定有质量块，光纤弦式应变传感器从光纤支架、感振膜片和质量块的中间沿轴向贯穿且光纤弦式应变传感器预拉伸后分别与光纤支架底端内壁和感振膜片内壁粘接。解决了现有技术中光纤传感器检测加速度和压力时灵敏度低的问题，还可以测量压力和加速度两个物理量。本发明专利技术的压力和加速度传感器不受外界环境的干扰，抗电磁干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】
一种光纤压力和加速度传感器及其安装标定方法
本专利技术涉及光纤传感器
，特别是涉及一种光纤压力和加速度传感器及其安装标定方法。
技术介绍
随光纤传感技术发展，光纤传感器因其体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀等诸多优点，因此被广泛应用在航空工程、机械振动、桥梁大坝等领域，常被用来作各机械结构的安全监测。振动是指在外力作用下物体沿直线或弧线以中心位置为基准的往复运动，它在生活中无处不在，尤其是在工程
，振动现象对工业生产有很大影响。很多微小振动对机械设备都会造成损伤破坏，因此需要高灵敏度的传感器实时其安装标定设备的运行状态。目前的很多光纤加速度/压力传感器的结构为弦式，悬臂梁式和几种结构组合的复合式结构，灵敏度还有待提高。此外，压力在很多机械装置中无处不在，压力的大小会严重影响装置器件的使用。
技术实现思路
针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种光纤压力和加速度传感器及其安装标定方法，解决了现有技术中的光纤传感器检测加速度的灵敏度低的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：提供一种光纤压力和加速度传感器，其包括贯穿外壳的光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器，外壳内设置有边缘厚中间薄的感振膜片，感振膜片的下端通过光纤支架支撑，感振膜片上端的中部固定有质量块，光纤弦式应变传感器从光纤支架、感振膜片和质量块的中间沿轴向贯穿且光纤弦式应变传感器预拉伸后分别与光纤支架底端内壁和感振膜片内壁粘接。上述光纤压力和加速度传感器的安装标定方法包括：S1，在石英光纤上使用紫外光刻写光栅，并筛选出光谱性能最好的两个光纤光栅分别作为光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器；S2，组装光纤压力和加速度传感器；S3，将光纤压力和加速度传感器安装在振动台上，通过振动台的信号发生器产生一定加速度值和幅值的振动信号，通过FBG解调仪解调得到光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器的反射光谱，记录加速度值与反射光谱波长的对应值；S4，振动台给待测物产生一定的外界激励，并计算在外界激励振动作用下，光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器中心波长的变化差值ΔλB：其中，ΔλB1和ΔλB2分别是振动引起的光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器的中心波长变化量，λB11和分别是光纤弦式应变传感器受应变变化和温度影响后以及温度补偿传感器受温度影响后的中心波长，和分别是光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器的初始波长，KT为温度系数，Kε为振动引起得光纤光栅弦向应变系数，ΔT和Δε分别为波长和应变改变量；S5，进行多次试验并对得到的数据进行拟合后得到中心波长变化差值ΔλB与对应的外界激励信号的加速度值的关系。本专利技术的有益效果为：通过将本光纤压力和加速度传感器固定到待测物体表面，当待测物体受到外界激振作用，质量块发生位移变化，带动感振膜片拉伸或压缩，进而拉伸或压缩光纤弦式应变传感器，使得检测到的光纤弦式应变传感器的反射波长漂移，将反射波长的变化量与外界激振的加速度值和压力值对应，从而可以通过检测到的反射波长的变化量得到待测物受到的振动的加速度和压力值，同时，将时域的波长变化量做傅里叶变化可以得到振动频率值，从而达到检测振动加速度值和振动频率值。本传感器能够对加速度和压力两种物理量检测，其中的光纤支架可有效避免测量时外界环境干扰，传感器灵敏度更高，抗电磁干扰能力更强。附图说明图1为光纤压力和加速度传感器的轴剖图。图2为图1中质量块的仰视图。其中，1、外壳；11、轴孔；12、盖板；13、安装板；2、光纤弦式应变传感器；3、温度补偿传感器；4、感振膜片；5、光纤支架；51、支架底板；52、锥形罩；6、质量块；61、平面螺旋凹槽。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1、图2所示，该光纤压力和加速度传感器包括贯穿外壳1的光纤弦式应变传感器2和温度补偿传感器3，外壳1内设置有边缘厚中间薄的感振膜片4，感振膜片4的下端通过光纤支架5沿边缘支撑，感振膜片4上端的中部固定有质量块6，光纤弦式应变传感器2从光纤支架5、感振膜片4和质量块6的中间沿轴向贯穿且光纤弦式应变传感器2预拉伸后分别与光纤支架5底端内壁和感振膜片4内壁粘接。感振膜片4包括外环和固定于外环内壁上的圆盘式薄片，薄片的厚度为0.2～0.5mm，光纤支架5的锥形罩52的顶面与外环的底面粘接或焊接，外环的外圆柱面与外壳1的内壁螺纹连接、粘接或焊接，质量块6安装于薄片顶面的中心位置上。感振膜片4中间的顶面上一体成型有平面螺旋凸台，质量块6的底面上加工有与供平面螺旋凸台嵌入的平面螺旋凹槽，平面螺旋凸台的顶面紧贴于平面螺旋凹槽的顶面，平面螺旋凸台的外壁面紧贴于平面螺旋凸台的凹槽的内壁面。感振膜片4与质量块6通过平面螺旋凸台与平面螺旋凹槽的配合，增大了感振膜片4与质量块6的接触面，使质量块6与感振膜片4的一体性更好，同时由于质量块6是嵌入感振膜片4中，又不会影响感振膜片4的灵敏性。感振膜片4与质量块6粘接。光纤支架5包括固定连接为一体的支架底板51和锥形罩52，锥形罩52的大径端面与感振膜片4的底面固定连接。通过锥形罩52支撑在感振膜片4的边缘上，支架底板51不仅便于粘贴光纤弦式应变传感器，同时锥形罩52能够为光纤弦式应变传感器提供足够的空间以避免光纤支架5受到外界激励时挤压光纤弦式应变传感器发生应变。感振膜片4的外径不小于锥形罩52的大径端外径，使得感振膜片4的外壁面能够充分与外壳1的内壁接触并固定，在外界激励作用下，感振膜片4中间固定质量块6部分的位移的灵敏度更高。温度补偿传感器3设置于质量块6外侧并贯穿感振膜片4和光纤支架5。感振膜片4的边缘固定连接于壳体1的轴孔11中，轴孔11贯穿壳体1的顶端并通过螺纹等可拆卸连接方式连接的盖板12密封，外壳1的底端固定有安装板13，安装板13能够通过螺纹紧固件连接到待测物上。光纤弦式应变传感器2为光纤光栅应变传感器或光纤珐珀应变传感器，温度补偿传感器3为光纤光栅传感器。上述光纤压力和加速度传感器的安装标定方法包括：S1，在石英光纤上使用紫外光刻写光栅，并筛选出光谱性能最好的两个光纤光栅分别作为光纤弦式应变传感器2和温度补偿传感器3。S2，将光纤弦式应变传感器2穿过光纤支架5并与支架底板51的内孔壁粘接，然后将感振膜片4套在光纤弦式应变传感器2上，将感振膜片4与光纤支架锥形罩52的大径端粘接，对光纤弦式应变传感器2预拉伸后与感振膜片4的内孔壁粘接，再将质量块6套在光纤弦式应变传感器2上并与感振膜片4粘接，将温度补偿传感器3松散地穿过光纤支架5和感振膜片4后形成整个感应模块，将感应模块放入到壳体的轴孔11内并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤压力和加速度传感器，其特征在于，包括贯穿外壳(1)的光纤弦式应变传感器(2)和温度补偿传感器(3)，所述外壳(1)内设置有边缘厚中间薄的感振膜片(4)，所述感振膜片(4)的下端通过光纤支架(5)支撑，所述感振膜片(4)上端的中部安装有质量块(6)，所述光纤弦式应变传感器(2)从所述光纤支架(5)、感振膜片(4)和质量块(6)的中间沿轴向贯穿且所述光纤弦式应变传感器(2)预拉伸后分别与所述光纤支架(5)底端内壁和所述感振膜片(4)内壁粘接。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤压力和加速度传感器，其特征在于，包括贯穿外壳(1)的光纤弦式应变传感器(2)和温度补偿传感器(3)，所述外壳(1)内设置有边缘厚中间薄的感振膜片(4)，所述感振膜片(4)的下端通过光纤支架(5)支撑，所述感振膜片(4)上端的中部安装有质量块(6)，所述光纤弦式应变传感器(2)从所述光纤支架(5)、感振膜片(4)和质量块(6)的中间沿轴向贯穿且所述光纤弦式应变传感器(2)预拉伸后分别与所述光纤支架(5)底端内壁和所述感振膜片(4)内壁粘接。


2.根据权利要求1所述的光纤压力和加速度传感器，其特征在于，所述感振膜片(4)包括外环和固定于外环内壁上的圆盘式薄片，所述光纤支架(5)支撑于所述外环上，所述质量块(6)安装于所述薄片上。


3.根据权利要求1所述的光纤压力和加速度传感器，其特征在于，所述感振膜片(4)中间的顶面上一体成型有平面螺旋凸台，所述质量块(6)的底面上加工有供所述平面螺旋凸台嵌入的平面螺旋凹槽，所述平面螺旋凸台的顶面紧贴于所述平面螺旋凹槽的顶面，所述平面螺旋凸台的外壁面紧贴于所述所述平面螺旋凸台的凹槽的内壁面。


4.根据权利要求1所述的光纤压力和加速度传感器，其特征在于，所述光纤支架(5)包括固定连接为一体的支架底板(51)和锥形罩(52)，所述锥形罩(52)的大径端面与所述感振膜片(4)的底面固定连接。


5.根据权利要求4所述的光纤压力和加速度传感器，其特征在于，所述感振膜片(4)的外径不小于所述锥形罩(52)的大径端外径。


6.根据权利要求1所述的光纤压力和加速度传感器，其特征在于，所述温度补偿传感器(3)设置于所述质量块(6)外侧并贯穿所述感振膜片(4)和所述光纤支架(5)。

【专利技术属性】
技术研发人员：冉曾令，沈凤，甘露鹏，郁梦柯，丁肇阳，饶云江，曾徳标，楚王伟，李现坤，卫亚斌，
申请(专利权)人：电子科技大学，成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51