一种平动式多铰链的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平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器，其包括基座、双杆四铰链结构以及传感光纤，所述双杆四铰链结构包括相对基座平动的质量块以及至少两个连接杆，所述连接杆一端与所述基座铰接，另一端与所述质量块铰接，所述传感光纤沿所述质量块相对所述基座可平动的方向与所述基座以及所述质量块固定。在本发明专利技术中，所述基座、所述质量块之间通过铰接所述连接杆组成一平行四边形机构并创新性地应用于传感器中，惯性力使得所述质量块发生大幅度的平动、小幅度的转动，显著降低了光纤光栅的弯曲变形，提高了光纤光栅的疲劳强度，从而增加了光纤光栅加速度传感器的使用寿命。而增加了光纤光栅加速度传感器的使用寿命。而增加了光纤光栅加速度传感器的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器。

技术介绍

[0002]加速度检测是航空航天、桥梁工程、地铁隧道等结构健康监测的一项重要技术手段。通过对振动信号进行实时监测，能及时了解到设备、机械结构、工程等实时状况，有效避免了安全事故的发生。传统的电类振动传感器容易受到外界电磁干扰并且接线繁琐，存在零漂、温漂等缺陷，无法满足它们在恶劣环境中长期、远距离、实时监测的应用需求。
[0003]光纤光栅因其能够抗电磁干扰、体积小、易组网等优点被广泛应用在结构健康监测中，以光纤光栅作为敏感元件的加速度传感器在振动检测应用中拥有广阔的前景。现有的光纤光栅加速度传感器的主要有铰链式、膜片式、悬臂梁式，其中，柔性铰链具有结构简单、高精度和高可靠性等结构特点，被广泛应在光纤光栅加速度传感器中。
[0004]然而，传统的铰链式加速度传感器在质量块转动时，光纤光栅的固定点处同时存在拉伸应力和剪切应力，并且在无限多次交变载荷的作用下，这种剪切应力显著降低了光纤光栅的疲劳强度，从而降低了光纤光栅加速度传感器的使用寿命，这种缺陷在高频加速度传感器中尤为明显。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器，解决现有技术中铰链式加速度传感器影响光纤光栅疲劳强度的问题。
[0006]本专利技术提供一种平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器，包括：
[0007]基座、双杆四铰链结构以及传感光纤，所述双杆四铰链结构包括相对基座平动的质量块以及至少两个连接杆，所述连接杆一端与所述基座铰接，另一端与所述质量块铰接，所述传感光纤沿所述质量块相对所述基座可平动的方向与所述基座以及所述质量块固定。
[0008]可选的，所述基座包括底板，所述连接杆远离所述质量块的一端与所述底板铰接，所述底板延伸形成分别位于所述质量块平动方向两端的固定支架，所述传感光纤与所述固定支架固定。
[0009]可选的，所述固定支架上端设置有用于固定所述传感光纤的固定面，所述固定面与自然状态下的所述质量块位于同一高度。
[0010]可选的，所述质量块的长度方向平行于所述底板的长度方向，一个所述连接杆一端与所述质量块铰接，所述连接杆的另一端与所述底板铰接，另一个所述连接杆一端与所述质量块铰接，所述连接杆的另一端与所述底板铰接，两个所述连接杆、所述底板、所述质量块形成一平行四边形。
[0011]可选的，所述连接杆与所述底板、所述质量块之间通过柔性铰链铰接。
[0012]可选的，所述传感光纤包括第一光纤光栅以及第二光纤光栅，所述第一光纤光栅
与所述第二光纤光栅同轴平行设置。
[0013]可选的，所述第一光纤光栅一端与所述质量块固定，所述第一光纤光栅另一端与一所述固定支架固定，所述第二光纤光栅一端与所述质量块固定，所述述第二光纤光栅另一端与另一所述固定支架固定。
[0014]可选的，所述第一光纤光栅、所述第二光纤光栅通过环氧树脂胶与所述固定支架、所述质量块固定。
[0015]可选的，所述第一光纤光栅、所述第二光纤光栅固定前需要进行预拉。
[0016]可选的，所述基座、所述质量块以及所述连接杆为不锈钢材料制成，通过线切割加工一体成型。
[0017]本专利技术的有益效果为：
[0018]在本专利技术中，所述基座、所述质量块之间通过铰接所述连接杆组成一平行四边形机构并创新性地应用于传感器中，惯性力使得所述质量块发生大幅度的平动、小幅度的转动，显著降低了光纤光栅的弯曲变形，提高了光纤光栅的疲劳强度，从而增加了光纤光栅加速度传感器的使用寿命。
附图说明
[0019]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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术中平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器的立体结构示意图；
[0021]图2为本专利技术中平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器的原理示意图：
[0022]其中：1
‑
基座，11
‑
底板，12
‑
固定支架，2
‑
双杆四铰链结构，21
‑
质量块，22
‑
连接杆，3
‑
传感光纤，31
‑
第一光纤光栅，32
‑
第二光纤光栅。
具体实施方式
[0023]下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。
[0024]如图1所示，本专利技术的实施例提供一种平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器，其包括：基座1、双杆四铰链结构2以及传感光纤3，所述双杆四铰链结构2包括相对基座1平动的质量块21以及至少两个连接杆22，所述连接杆22一端与所述基座1铰接，另一端与所述质量块21铰接，所述传感光纤3沿所述质量块21相对所述基座1可平动的方向与所述基座1以及所述质量块21固定。
[0025]在本专利技术中，所述基座1、所述质量块21之间通过铰接所述连接杆22组成一平行四边形机构并创新性地应用于传感器中，惯性力使得所述质量块21发生大幅度的平动、小幅度的转动，显著降低了光纤光栅的弯曲变形，提高了光纤光栅的疲劳强度，从而增加了光纤光栅加速度传感器的使用寿命。
[0026]具体的，所述基座1、所述质量块21以及所述连接杆22为不锈钢材料制成，通过线切割加工一体成型，工艺简单。
[0038]x2≈2Ly
[0039]当两个柔性铰链的中心间距为L＝50mm，质量块21的平动位移为x＝10μm时，质量块21的转动位移为y仅为1
×
10
‑3μm。
[0040]对加速度传感器的灵敏度进行分析：
[0041]当被测结构产生的加速度a作用在传感器的敏感方向时，系统在质量块21的惯性力、光纤的拉力和铰链的作用力下达到力矩平衡，得到平衡方程：
[0042]mad
‑
2k
f
Δl
f
e
‑
4kθ＝0
[0043]其中，m为所述质量块21的总质量；d为所述质量块21的质心与所述底板11连接的铰链中心之间的距离；e为所述质量块21粘贴光纤的表面与所述底板11连接的铰链中心之间的距离；Δl
f
为光纤光栅拉伸距离或压缩距离；k
f
为光纤的弹性系数；k为铰链的转动刚度；θ为铰链的转动角度。
[0044]上式d、e、θ可以表示为
[0045]d＝3r+l+b/2
[0046]e＝3r+l+b
[0047][0048]上式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器，其特征在于，包括：基座、双杆四铰链结构以及传感光纤，所述双杆四铰链结构包括相对基座平动的质量块以及至少两个连接杆，所述连接杆一端与所述基座铰接，另一端与所述质量块铰接，所述传感光纤沿所述质量块相对所述基座可平动的方向与所述基座以及所述质量块固定。2.如权利要求1所述的平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器，其特征在于，所述基座包括底板，所述连接杆远离所述质量块的一端与所述底板铰接，所述底板延伸形成分别位于所述质量块平动方向两端的固定支架，所述传感光纤与所述固定支架固定。3.如权利要求2所述的平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器，其特征在于，所述固定支架上端设置有用于固定所述传感光纤的固定面，所述固定面与自然状态下的所述质量块位于同一高度。4.如权利要求2所述的平动式多铰链的光纤光栅加速度传感器，其特征在于，所述质量块的长度方向平行于所述底板的长度方向，一个所述连接杆一端与所述质量块铰接，所述连接杆的另一端与所述底板铰接，另一个所述连接杆一端与所述质量块铰接，所述连接杆的另一端与所述底板铰接，两个所述连接杆、所述底板、所述质量块...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘建军，侯伟，王良瑩，蒲飞杨，吕韩阳，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：