【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感，更具体地，涉及一种弹性悬臂梁、光纤加速度传感装置及系统。
技术介绍
1、在常见物理量中，加速度是一种蕴含丰富信息的物理量。例如，在地震或海啸等自然灾害发生之前往往伴随着异常的低频振动信号，通过加速度传感器探测这些特殊加速度信号能够显著减少人员伤亡和经济损失。同时，结构所具有的谐振频率在发生损伤后往往会发生明显的变化，通过加速度传感器知其变化后能够对结构进行寿命估计以及健康检测。除此之外，加速度传感器在惯性导航、管道检测和油气田勘探等领域都有重要意义和广泛应用。
2、电学加速度传感器的研究早于光纤加速度传感器，具有较高的技术成熟度和广泛的实际应用。然而，电学加速度传感器难以解决其固有短板，其中关键电学元器件易受环境中的电磁干扰，且对温度、压强等参量较敏感，在温度或是压强较恶劣的环境中难以工作。而光纤加速度传感器以无源材料为主，极大程度上降低了电磁干扰的影响，且光纤具有体积小、易组网、耐腐蚀及耐恶劣温度的优点，因此开展光纤加速度传感器的研究具有重要价值。
3、目前，在光纤加速度传感器结构设计上包括光纤直连质量块型、弹性柱体质量块型、凸台薄膜型及悬臂梁质量块型。其中悬臂梁质量块型结构设计灵活度高，结构细节具有较大的改进空间，可以实现更精密的小尺寸结构设计，达到更高的信号探测灵敏度以及更低的噪声水平，但许多悬臂梁质量块结构由于尺寸较小较薄，导致结构相对脆弱，其能探测的最大加速度不高，传感器动态范围受限，同时对于光纤加速度传感器，在恶劣环境下工作时避免光纤发生断裂也是保证传感器能够长期稳定应
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种弹性悬臂梁、光纤加速度传感装置及系统，由此解决单片悬臂梁质量块型光纤加速度传感器难以实现三轴高灵敏度信号探测、低信噪比、交叉串扰较高及小型化设计难度大等技术问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种弹性悬臂梁，包括u型梁体结构，所述梁体结构的梁臂直径沿梁体结构开口端方向逐渐增大；
3、所述梁臂之间设有镂空部，所述镂空部的宽度沿所述梁体开口端方向逐渐增大；
4、所述梁体结构的梁臂两端设有向外延伸的连接部。
5、优选地，多个所述梁体结构平行排列并通过所述连接部相连接从而形成多周期折叠结构。
6、按照本专利技术的另一方面，提供了一种光纤加速度传感装置，包括上述的弹性悬臂梁，还包括传感器外框架及设置于该传感器外框架内的第一传感组件、第二传感组件和第三传感组件；
7、所述第一传感组件、第二传感组件和第三传感组件均设有中心质量块及多个弹性悬臂梁，所述弹性悬臂梁设置于所述中心质量块与所述传感器外框架之间，所述连接部用于连接所述中心质量块与所述传感器外框架；
8、所述第一传感组件用于探测平行于传感装置平面的加速度信号；
9、所述第二传感组件用于探测平行于传感装置平面的加速度信号；
10、所述第三传感组件用于探测垂直于传感装置平面的加速度信号。
11、优选地，所述第一传感组件中沿所述中心质量块的两侧对称设有两组弹性悬臂梁，所述弹性悬臂梁为两个梁体结构平行排列并通过连接部相连接从而形成折叠结构。
12、优选地，所述第二传感组件中沿所述中心质量块的两侧对称设有两组弹性悬臂梁，所述弹性悬臂梁为两个梁体结构平行排列并通过连接部相连接从而形成折叠结构。
13、优选地，所述第三传感组件中沿所述中心质量块的四周对称设有四组弹性悬臂梁，其中每组包括两个开口端相对设置的弹性悬臂梁。
14、优选地，所述传感器外框架设有光纤插槽，用于放置光纤；所述光纤插槽分别沿垂直于所述第一传感组件及所述第二传感组件的中心质量块运动方向设置。
15、按照本专利技术的另一方面，提供了一种光纤加速度传感系统，包括上述的光纤加速度传感装置，还包括：激光器、光纤环形器和光学解调设备；
16、所述激光器连接所述光纤环形器的第一接口，所述激光器产生的激光经所述光纤环形器的第二接口出射；
17、传感装置通过光纤与所述光纤环形器的第二接口连接，用于接收所述第二接口的出射光，出射光经所述光纤端面输出后被中心质量块侧面反射回光纤中并发生干涉，干涉光信号经所述光纤环形器第三端口出射；
18、所述光学解调设备连接于所述光纤环形器的第三接口，用于接收所述干涉光信号，并提取传感装置的信号变化，从而还原待测加速度信号。
19、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
20、1、本专利技术提出的弹性悬臂梁，通过设计宽度渐变型多周期折叠悬臂梁用于加速度信号传感，在同等尺寸下，该悬臂梁结构相对常规弹性悬臂梁能够显著增加受力时的形变量，因此能够提高传感结构的加速度信号探测灵敏度，有利于实现高灵敏度、低噪声水平的加速度信号探测。
21、2、本专利技术提出的光纤加速度传感装置，可实现单片集成式三轴加速度信号探测，三个正交方向加速度信号探测分别由三部分传感结构完成，所述单片式传感结构通过硅微加工一次成型，无需后续拼装，避免了传统三轴加速度传感器拼装制备时带来的误差及正交串扰，更容易实现低正交串扰的三轴加速度信号探测。
22、3、本专利技术提出的光纤加速度传感系统，基于光学干涉原理，所述中心质量块侧面对光信号进行反射，通过光纤环形器后两束反射光发生干涉，通过光学干涉微腔实现加速度信号传感形成方式简单易行，且结构稳定，能够实现更低成本下的高精度加速度信号探测。
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1.一种弹性悬臂梁，其特征在于，包括U型梁体结构，所述梁体结构的梁臂直径沿梁体结构开口端方向逐渐增大；
2.根据权利要求1所述的一种弹性悬臂梁，其特征在于，多个所述梁体结构平行排列并通过所述连接部相连接从而形成多周期折叠结构。
3.一种光纤加速度传感装置，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的弹性悬臂梁(5)，还包括传感器外框架(6)及设置于该传感器外框架(6)内的第一传感组件(1)、第二传感组件(2)和第三传感组件(3)；
4.根据权利要求3所述的一种光纤加速度传感装置，其特征在于，所述第一传感组件(1)中沿所述中心质量块(4)的两侧对称设有两组弹性悬臂梁，所述弹性悬臂梁为两个梁体结构平行排列并通过连接部相连接从而形成折叠结构。
5.根据权利要求4所述的一种光纤加速度传感装置，其特征在于，所述第二传感组件(2)中沿所述中心质量块(4)的两侧对称设有两组弹性悬臂梁，所述弹性悬臂梁为两个梁体结构平行排列并通过连接部相连接从而形成折叠结构。
6.根据权利要求5所述的一种光纤加速度传感装置，其特征在于，所述第三传感组件(3)中
7.根据权利要求6所述的一种光纤加速度传感装置，其特征在于，所述传感器外框架(6)设有光纤插槽(7)，用于放置光纤；所述光纤插槽(7)分别沿垂直于所述第一传感组件(1)及所述第二传感组件(2)的中心质量块运动方向设置。
8.一种光纤加速度传感系统，其特征在于，包括如权利要求7所述的光纤加速度传感装置，还包括：激光器、光纤环形器和光学解调设备；
...【技术特征摘要】
1.一种弹性悬臂梁，其特征在于，包括u型梁体结构，所述梁体结构的梁臂直径沿梁体结构开口端方向逐渐增大；
2.根据权利要求1所述的一种弹性悬臂梁，其特征在于，多个所述梁体结构平行排列并通过所述连接部相连接从而形成多周期折叠结构。
3.一种光纤加速度传感装置，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的弹性悬臂梁(5)，还包括传感器外框架(6)及设置于该传感器外框架(6)内的第一传感组件(1)、第二传感组件(2)和第三传感组件(3)；
4.根据权利要求3所述的一种光纤加速度传感装置，其特征在于，所述第一传感组件(1)中沿所述中心质量块(4)的两侧对称设有两组弹性悬臂梁，所述弹性悬臂梁为两个梁体结构平行排列并通过连接部相连接从而形成折叠结构。
5.根据权利要求4所述的一种光纤加速度传感...
【专利技术属性】
技术研发人员：司马朝坦，洪敏志，鲁平，凌浩，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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