一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器及测量方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器及测量方法，柔性铰链光纤光栅加速度传感器，包括：T型支撑柱、弹簧导向柱、柔性铰链及质量块；所述T型支撑柱两侧包括对称分布的柔性铰链质量块结构；两个柔性铰链的一端均与T型支撑柱固定连接，两个柔性铰链的另一端均连接质量块；两个质量块通过两个弹簧导向柱与所述T型支撑柱连接；所述T型支撑柱顶端包括凹槽，所述凹槽内粘贴有光纤光栅。本发明专利技术通过利用弹簧缓冲作用来减少质量块的惯性力矩对铰链薄弱结构反复弯曲带来的破坏，在感受振动信号的同时，延长传感器的使用寿命，保证传感器长期测量的数据可靠性。长期测量的数据可靠性。长期测量的数据可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器及测量方法


[0001]本专利技术涉及光纤光栅传感监测
，尤其涉及一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器及测量方法。

技术介绍

[0002]地质结构需要定期进行结构健康监测，加速度检测是结构健康监测的一项重要技术手段，振动信号是结构健康监测中的重要指标，通过测量振动过程中的加速度值可以对物体的振动进行监测。
[0003]传统电类振动加速度传感器可以对物体的振动进行监测，但是传统电类振动加速度传感器容易受电磁干扰，传输距离不够远，并且布线繁琐，有零漂，温漂的缺点，使得该类传感器应用方面很受限。相比之下，光纤光栅传感器由于其抗电磁干扰、体积小、容易组网、传输损耗小、传输容量大、传输距离远等优势广泛应用于铁路、桥梁、和船舶等结构的健康监测中。
[0004]现有技术中的光纤光栅加速度传感器主要有铰链式、膜片式和弹性柱体式等结构来测量加速度信号，而柔性铰链具有结构简单，高精度等结构特点被广泛应用。但是目前的柔性铰链光纤光栅加速度传感器在进行振动信号监测时，一般依靠其结构中较重的质量块部分在惯性力的作用下围绕其结构中最薄弱的铰链部分反复弯曲和振荡，使光纤光栅受应力而产生中心波长变化，通过测量光纤光栅中心波长的变化信号感知振动变化。在反复弯矩应力的作用下，铰链最薄弱部分容易因强度不足而破坏，继而造成传感器的失效，此类传感器长期监测的数据可靠性与稳定性无法保证。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器及测量方法，用以利用弹簧缓冲作用来减少质量块的惯性力矩对铰链薄弱结构反复弯曲带来的破坏，在感受振动信号的同时，延长传感器的使用寿命，保证传感器长期测量的数据可靠性。
[0006]为了解决上述问题，第一方面，本专利技术提供一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器，包括：T型支撑柱、弹簧导向柱、柔性铰链及质量块；
[0007]所述T型支撑柱两侧包括对称分布的柔性铰链质量块结构；
[0008]两个柔性铰链的一端均与T型支撑柱固定连接，两个柔性铰链的另一端均连接质量块；
[0009]两个质量块通过两个弹簧导向柱与所述T型支撑柱连接；
[0010]所述T型支撑柱顶端包括凹槽，所述凹槽内粘贴有光纤光栅。
[0011]进一步的，所述两个弹簧导向柱对称分布，所述弹簧导向柱包括可分离的弹簧和导向柱；
[0012]进一步的，两个质量块的下部设有两个弹簧，两个弹簧下端设有导向柱，所述导向柱固定在所述T型支撑柱的下表面上。
[0013]进一步的，所述T型支撑柱顶端包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽沿横向布设，所述第二凹槽沿纵向布设；
[0014]所述第一凹槽用于放置传感用光纤光栅；
[0015]所述第二凹槽用于粘贴温度补偿用光纤光栅。
[0016]进一步的，所述传感用光纤光栅用于避免两个质量块上下振动时光纤与其它物体的运动干涉及减小两个质量块的横向偏移；
[0017]所述温度补偿用光纤光栅用于感测环境温度。
[0018]进一步的，所述两个质量块上包括两个第三凹槽；
[0019]所述第三凹槽用于存放传感用光纤光栅粘贴胶。
[0020]进一步的，所述T型支撑柱的上平面低于左右两侧质量块的上平面，以使所述传感用光纤光栅的粘贴形式为两点式粘贴形式。
[0021]进一步的，所述柔性铰链为直圆型柔性铰链。
[0022]第二方面，本专利技术还提供一种应用于上述柔性铰链光纤光栅加速度传感器测量方法，包括：
[0023]获取受测物体振动时，质量块的惯性力；
[0024]确定在所述惯性力的作用下，质量块绕着柔性铰链摆动时，带动传感器上部粘贴的传感光栅光纤受到的轴向应变作用；
[0025]测量所述传感用光纤光栅受到所述轴向应变作用后的波长变化量；
[0026]基于所述波长变化量确定受测物体的加速度。
[0027]进一步的，通过光纤光栅解调仪测量所述传感用光纤光栅受到所述轴向应变作用后的波长变化量。
[0028]采用上述实施例的有益效果是：
[0029]本专利技术通过采用对称分布的柔性铰链质量块结构，增加振动过程中光纤光栅的受力，提高传感器的灵敏度；并且利用弹簧缓冲作用来减少质量块的惯性力矩对铰链薄弱结构反复弯曲带来的破坏，在感受振动信号的同时，延长传感器的使用寿命，保证传感器长期测量的数据可靠性。
附图说明
[0030]图1为本专利技术提供的一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器的一实施例的结构示意图；
[0031]图2为本专利技术一实施例提供的一种光纤光栅布设示意图；
[0032]图3为本专利技术提供的应用于上述柔性铰链光纤光栅加速度传感器测量方法的一实施例的流程示意图；
[0033]图4为本专利技术一实施例提供的一种传感器受到加速度后的力学模型图；
[0034]图5为本专利技术一实施例提供的一种传感器结构参数图。
具体实施方式
[0035]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。
[0036]在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本专利技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0037]本专利技术提供了一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器及测量方法，通过设计一种带弹簧缓冲结构的柔性铰链光纤光栅传感器来检测加速度。利用弹簧缓冲作用来减少质量块的惯性力矩对铰链薄弱结构反复弯曲带来的破坏，在感受振动信号的同时，延长传感器的使用寿命，保证传感器长期测量的数据可靠性。
[0038]以下分别对具体实施例进行详细说明：
[0039]请参阅图1，图1为本专利技术提供的一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器的一实施例的结构示意图，本专利技术的一个具体实施例，公开了一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器，包括：T型支撑柱3、弹簧导向柱4、柔性铰链8及质量块1、2；
[0040]其中，所述T型支撑柱两侧包括对称分布的柔性铰链质量块结构；
[0041]两个柔性铰链的一端均与T型支撑柱固定连接连，两个柔性铰链的另一端均连接质量块；
[0042]两个质量块通过两个弹簧导向柱与所述T型支撑柱连接；
[0043]所述T型支撑柱顶端包括凹槽，所述凹槽内粘贴有光纤光栅。
[0044]可以理解的是，如图1所示，本专利技术实施例中提供的柔性铰链光纤光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性铰链光纤光栅加速度传感器，其特征在于，包括：T型支撑柱、弹簧导向柱、柔性铰链及质量块；所述T型支撑柱两侧包括对称分布的柔性铰链质量块结构；两个柔性铰链的一端均与T型支撑柱固定连接，两个柔性铰链的另一端均连接质量块；两个质量块通过两个弹簧导向柱与所述T型支撑柱连接；所述T型支撑柱顶端包括凹槽，所述凹槽内粘贴有光纤光栅。2.根据权利要求1所述的柔性铰链光纤光栅加速度传感器，其特征在于，所述两个弹簧导向柱对称分布，所述弹簧导向柱包括可分离的弹簧和导向柱。3.根据权利要求2所述的柔性铰链光纤光栅加速度传感器，其特征在于，两个质量块的下部设有两个弹簧，两个弹簧下端设有导向柱，所述导向柱固定在所述T型支撑柱的下表面上。4.根据权利要求1所述的柔性铰链光纤光栅加速度传感器，其特征在于，所述T型支撑柱顶端包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽沿横向布设，所述第二凹槽沿纵向布设；所述第一凹槽用于放置传感用光纤光栅；所述第二凹槽用于粘贴温度补偿用光纤光栅。5.根据权利要求4所述的柔性铰链光纤光栅加速度传感器，其特征在于，所述传感用光纤光栅用于避免两个质量块上下振动时光纤与其它物体...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟丽君，朱盼盼，谢先启，姚颖康，谢全民，谭昕，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：