一种光学加速度传感器及加速度传感器系统技术方案

本发明专利技术提供了一种光学加速度传感器及加速度传感器系统，所述光学加速度传感器包括：传导光纤，其内部传导光波；半导体结构，其上刻蚀布拉格光栅，且与所述传导光纤对准，对射入的光波进行调制后反射回所述传导光纤；振动组件，其与所述半导体结构连接，感应被测物体的振动并传递给所述布拉格光栅。这样，将半导体结构和传导光纤分离开来设置，需要封装的时候，直接对半导体结构进行封装，解决了光纤弯曲半径过小，封装成传感器尺寸过大的问题；另外，半导体结构更为稳固，所以解决了布拉格光纤光栅易脆易断，无法测量高频振动信号的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种光学加速度传感器及加速度传感器系统
本专利技术涉及光学传感器
，具体而言，涉及一种光学加速度传感器及加速度传感器系统。
技术介绍
现有的主流光学加速度传感器技术有布拉格光纤光栅技术和法布里-佩罗光学谐振腔技术。前者主要是在普通光纤上调制纤的芯周期性折射率，该方法容易使光纤变脆，存在在长期振动下光纤容易产生疲劳甚至断裂，且不能测量高频振动信号等缺陷；另外，在封装成传感器时，由于要估计光纤的折弯半径以免使光信号衰减，这导致封装成型的传感器在尺寸上不会很小，因此不适用对内部空间尺寸苛刻的环境。后者光信号的变化基本是非线性，因此对于传感器来说，解调出来的振动信号相对失真；且其制造工艺上很难精准控制谐振腔的腔长，这导致需要的设计波长有时很难落在探测光的通带内，从而无信号输出或产生乱码信号。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是布拉格光纤光栅光纤变脆，无法测量高频振动信号。为解决上述问题，本专利技术首先提供一种光学加速度传感器，包括：传导光纤，其内部传导光波；半导体结构，其上刻蚀布拉格光栅，且与所述传导光纤对准，对射入的光波进行调制后反射回所述传导光纤；振动组件，其与所述半导体结构连接，感应被测物体的振动并传递给所述布拉格光栅。这样，通过在半导体结构上刻蚀布拉格光栅，将半导体结构和传导光纤分离开来设置，这样需要封装的时候，直接对半导体结构进行封装，就不需要考虑光纤弯曲半径的问题，从而解决了光纤弯曲半径过小，封装成传感器尺寸过大的问题；另外，半导体结构更为稳固，所以解决了光纤布拉格光栅易脆易断，无法测量高频振动信号的问题。可选的，所述布拉格光栅蚀刻在所述半导体结构上。这样，将布拉格光栅蚀刻在所述半导体结构上，从而可以增加布拉格光栅设置的稳固性和便携性。可选的，所述振动组件的质心与所述半导体结构的中心重合。这样，所述振动组件在振动时，振动方向与半导体结构的长度方向平行，会使得布拉格光栅仅仅沿长度方向发生形变，不会产生偏振。可选的，所述振动组件包括质量块和悬梁臂，所述质量块通过所述悬梁臂与所述半导体结构连接。这样，悬梁臂对质量块的振动方向进行约束，被测物体振动时，质量块在振动方向上随之振动，并使得悬臂梁产生弯曲并摆动，从而带动布拉格光栅长度方向的微形变。可选的，所述质量块的数量为多个，且所述质量块的质量相同。这样，可以避免质量块的质量不同导致的整个振动组件质量分布不均匀，从而限制所述质量块的振动方向，避免产品偏振。可选的，所述悬梁臂等长，且围绕所述半导体结构呈放射性均匀设置。这样设置，可以使得整个振动组件的质量均匀分布，从而限制所述质量块的振动方向，避免产品偏振。可选的，所述质量块的数量为四个。这样，十字型结构便于半导体结构的加工和组合。可选的，所述传导光纤与所述布拉格光栅对准的一端上设置有凸透镜。这样，在传导光纤内传播的光波通过凸透镜以平行光形式进入布拉格光栅；同理，被布拉格光栅反射的光波经过凸透镜聚焦进传导光纤里。可选的，还包括封装外壳，所述封装外壳包裹所述半导体结构和所述振动组件，且与所述传导光纤固定连接。这样，通过封装，将半导体结构和所述振动组件封装起来，从而便于保护和减小加工难度。其次提供一种光学加速度传感器系统，包括上述所述的光学加速度传感器。这样，通过在半导体结构上刻蚀布拉格光栅，将半导体结构和传导光纤分离开来设置，这样需要封装的时候，直接对半导体结构进行封装，就不需要考虑光纤弯曲半径的问题，从而解决了光纤弯曲半径过小，封装成传感器尺寸过大的问题；另外，半导体结构更为稳固，所以解决了光纤布拉格光栅易脆易断，无法测量高频振动信号的问题。可选的，光学加速度传感器系统还包括：光源生成器，其生成用于探测的光波；信号解调器，其将射入的光波解调为电信号，并解算出对应的加速度；光纤耦合器，其一端分别与所述光源生成器、所述信号解调器通过光纤连通，另一端与所述光学加速度传感器通过光纤连通，将所述光学加速度传感器的光波传输通道分离为所述光源生成器的光波传输通道和所述信号解调器的光波传输通道。这样，通过光学加速度传感器系统可以对被测物体的加速度进行准确的测量，且半导体结构的材质更为稳固，更便于对高温高压或高频振动环境进行测量。附图说明图1为本专利技术实施例的光学加速度传感器的结构图；图2为本专利技术实施例的光学加速度传感器的界面图；图3为本专利技术实施例的光学加速度传感器的封装图；图4为本专利技术实施例的光学加速度传感器系统的示意图。附图标记说明：1-光学加速度传感器；2-传导光纤；3-半导体结构；31-布拉格光栅；4-振动组件；41-质量块；42-悬梁臂；5-凸透镜；6-封装外壳；7-光源生成器；8-信号解调器；9-光纤耦合器。具体实施方式现有的主流光学加速度传感器技术有布拉格光纤光栅技术和法布里-佩罗光学谐振腔技术。布拉格光纤光栅技术是在普通光纤上制作布拉格光栅，这种制作一般有两种工艺，一是激光干涉法，二是掩膜法，但是无论是哪一种方法，都需要剥去涂覆层，而剥去涂覆层的光纤本身易脆易断，在长期振动下很容易产生疲劳甚至断裂，因此不仅使用寿命过短，而且不能测量高频振动信号。另外，当光纤传感器的光纤弯曲半径过小时，基本无信号输出；因此在封装成传感器时，要有至少10倍光纤直径的尺寸作为光纤的折弯半径以免使光信号衰减，这导致封装成型的传感器在尺寸上不会很小，因此不适用对内部空间尺寸苛刻的环境。法布里-佩罗光学谐振腔技术是利用谐振腔腔长的变化，使输出的梳状结构的纵模间距产生相应的变化，从而使在通带光内(该通带光另外还起到滤波的作用)有且仅有的波长发生相对偏移去探测动态变化的光信号。但是法布里-佩罗光学谐振腔技术的缺陷在于，一是通带内的波长是相对纵模间距的变化而变化的，因此光信号的变化基本是非线性，因此对于传感器来说，解调出来的振动信号相对失真；二是其制造工艺上很难精准控制谐振腔的腔长，这导致需要的设计波长有时很难落在探测光的通带内，从而无信号输出或产生乱码信号。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。为在一定程度上解决上述技术问题的至少一个方面，如图1所示，其为本专利技术实施例的光学加速度传感器的结构图；其中，所述光学加速度传感器，包括：传导光纤2，其内部传导光波；半导体结构3，其上刻蚀布拉格光栅31，且与所述传导光纤2对准，对射入的光波进行调制后反射回所述传导光纤2；振动组件4，其与所述半导体结构3连接，感应被测物体的振动并传递给所述布拉格光栅31。这样，光波在传导光纤2内部传播，通过与半导体结构3对准的位置射入所述半导体结构3；光波在半导体结构3的布拉格光栅31中进行调制，符合布拉格光栅31反射条件的光波，通过对准位置反射回传导光纤2；不符合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学加速度传感器，其特征在于，包括：/n传导光纤(2)，其内部传导光波；/n半导体结构(3)，其上刻蚀布拉格光栅(31)，且与所述传导光纤(2)对准，对射入的光波进行调制后反射回所述传导光纤(2)；/n振动组件(4)，其与所述半导体结构(3)连接，感应被测物体的振动并传递给所述布拉格光栅(31)。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学加速度传感器，其特征在于，包括：
传导光纤(2)，其内部传导光波；
半导体结构(3)，其上刻蚀布拉格光栅(31)，且与所述传导光纤(2)对准，对射入的光波进行调制后反射回所述传导光纤(2)；
振动组件(4)，其与所述半导体结构(3)连接，感应被测物体的振动并传递给所述布拉格光栅(31)。


2.根据权利要求1所述的光学加速度传感器，其特征在于，所述振动组件(4)的质心与所述半导体结构(3)的中心重合。


3.根据权利要求1-2中任一项所述的光学加速度传感器，其特征在于，所述振动组件(4)包括质量块(41)和悬梁臂(42)，所述质量块(41)通过所述悬梁臂(42)与所述半导体结构(3)连接。


4.根据权利要求3所述的光学加速度传感器，其特征在于，所述质量块(41)的数量为多个，且多个所述质量块(41)的质量相同。


5.根据权利要求3所述的光学加速度传感器，其特征在于，所述悬梁臂(42)等长，且围绕所述半导体结构(3)呈放射性均匀设置。


6.根据权利要求4所述的光学加速度传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴迅奇，朱洁琼，
申请(专利权)人：宁波正业自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33