【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感，具体涉及到一种基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器。
技术介绍
1、随着陆地资源逐渐减少的可采量和科学技术的不断进步发展，对海洋这一资源宝库的发掘和利用成为世界各国的关注焦点。世界各国在认识到海洋资源重要性的同时，随之产生的海洋权益争议问题也日益凸显。在当前国际复杂紧张的局势下，海洋安全防御保障工作凸显的尤其重要。近些年，在国家的鼎立支持和大量的人力物力投入下，我国的海洋探测科学和安全防御技术已经有了显著的提升。现有水下探测技术已经出现难以满足我国在海洋资源探测和权益保障方面高标准高要求的趋势。因此研发高性能的水下探测技术是提升我国水下目标远距离探测和识别分析以及海洋安全防御、开发利用海洋资源能力的迫切需求。
2、水下及其海洋环境复杂多样，由于光波在水下无法进行远距离传播，在人们所熟知的辐射形式中，声波能够在含盐且浑浊的海水中做到比光波更小的衰减，从而传播更远的距离。即使在一些自然光不可到达的地方，声波依旧可以稳定的进行信息传输。因此，在水下多用声波作为信号对目标进行探测，目前声波在水下可应用于通信、探测和定位等多个领域。在水下，由于声波可以传到几十海里甚至几千海里外的地方，因此可对较远的目标进行探测。
3、传统水听器多为压电式水听器，其主要利用压电陶瓷的压电效应将声信号转换为电信号。压电水听器的工艺成熟，信号提取和组阵方式简单。但是，压电陶瓷单元需要供电工作，组成阵列后阵列中需要布设供电线缆，在大规模和超大规模阵列制作上存在较大难度。此外，随着潜艇技术的不断提高，潜艇
4、由于其在灵敏度、电磁干扰、信号传输距离、需要供电等方面存在性能上的瓶颈，已经逐渐无法满足现代对水声技术的高要求。而光纤水听器的传感探头均采用无源器件，所以在水中时不受电磁干扰，而且可以应用于恶劣的环境。与基于压电换能器的传统水听器相比，光纤水听器具有易于复用、重量和尺寸参数小、成本低、安全可靠性高、动态范围大、易于制造分布式传感器、灵敏度高和抗电磁干扰、远距离传感、适合于多种恶劣环境等诸多的优势。光纤水听器成为目前实现水下目标探测的技术主流，也是当前光纤传感技术和水声监测技术的一个重要发展方向。
5、中国专利公开号cn107167226b、名称《光纤光栅水听器及声压传感系统》，该专利利用声敏材料和光纤光栅的相关结构来进行水下振动监测，但是该结构只能进行一维方向的振动信号监测，并且没有温度补偿，而且由于环境温度干扰，无法进行水下长期振动监测，而且该专利中光纤光栅用于测量声敏筒在待测声压信号作用下发生的轴向变形，但受到压力影响，平衡管产生弯曲变形会导致光纤光栅发生横向变形，造成横向干扰，造成测量灵敏度降低。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺点，提供一种设计合理、结构简单、灵敏度高的基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器。
2、解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，传感器外壳内设置有振动支架，振动支架的一端固定在传感器外壳上、另一端水平方向上加工有x方向光纤安装孔、垂直方向上加工有y方向光纤安装孔，x方向光纤安装孔内固定安装第一光纤，第一光纤的两端固定在传感器外壳上，振动支架的两侧第一光纤上分别刻写有x方向第一光栅和x方向第二光栅，y方向光纤安装孔内固定安装第二光纤，第二光纤的两端固定在传感器外壳上，振动支架的两侧第二光纤上分别刻写有y方向第一光栅和y方向第二光栅，振动支架中部水平方向两侧分别设置有第一支杆和第二支杆、竖直方向两侧分别设置有第三支杆和第四支杆，第一支杆的端部设置有第一声敏膜片，第二支杆的端部设置有第二声敏膜片，第三支杆的端部设置有第三声敏膜片，第四支杆的端部设置有第四声敏膜片，第一声敏膜片、第二声敏膜片、第三声敏膜片、第四声敏膜片紧贴在传感器外壳内壁上；所述振动支架为韦伯氏器三角骨形支架。
3、作为一种优选的技术方案，所述韦伯氏器三角骨形支架的结构为：支架本体的水平方向前后两侧面均为平面，竖直方向下侧面为外凸的圆弧面、上侧面由第一内凹弧形面和凸起弧形面及第二内凹弧形面依次相连构成。
4、作为一种优选的技术方案，所述振动支架一端水平方向两侧对称设置有关节连杆，关节连杆的端部为球形关节头，所述传感器外壳内壁上加工有两个与关节头相匹配的关节腔，关节头位于关节腔腔内。
5、作为一种优选的技术方案，所述传感器外壳上第一声敏膜片、第二声敏膜片、第三声敏膜片、第四声敏膜片所对位置加工有透声窗口，透声窗口内匹配安装有吸声板，第一声敏膜片、第二声敏膜片、第三声敏膜片、第四声敏膜片紧贴在对应的吸声板上。
6、作为一种优选的技术方案，所述吸声板为聚异丁烯橡胶板或丁基橡胶板。
7、作为一种优选的技术方案，所述传感器外壳为矩形金属壳体。
8、作为一种优选的技术方案，所述第一支杆和第二支杆的中心线重合，所述第三支杆和第四支杆的中心线重合。
9、作为一种优选的技术方案，所述x方向第一光栅和x方向第二光栅的栅区长度相同为2～5mm、中心波长之差为3～8nm。
10、作为一种优选的技术方案，所述y方向第一光栅和y方向第二光栅的栅区长度相同为2-5mm、中心波长之差为3～8nm。
11、作为一种优选的技术方案，所述传感器x方向的灵敏度为：
12、
13、式中，kx为x方向吸声板的弹性系数，ky为y方向吸声板的弹性系数，l1为第一光纤的有效长度即传感器外壳内壁之间第一光纤的长度，pe为光纤的弹光系数，λ1为x方向第一光栅的中心波长，m为韦伯氏三角骨质量；
14、所述传感器y方向的灵敏度为：
15、
16、式中，λ3为y方向第一光栅的中心波长,l2为第二光纤6的有效长度即传感器外壳内壁之间第二光纤的长度。
17、本专利技术的有益效果如下：
18、本专利技术的韦伯氏器三角骨形支架上设置有两组光栅，通过模拟鲤形目鱼类的听觉神经系统，实现检测x方向和y方向的振动信号，提高了振动感知强度，x方向和y方向均是同一根光纤上刻写有两个光栅，该结构可以补偿温度的影响，使得环境温度不影响测量结果，且相对于单光栅结构灵敏度提高2倍。本专利技术具有灵敏度高、振动感知能力强、结构简单、检测结果不受温度影响的优点。
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1.一种基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于：传感器外壳内设置有振动支架，振动支架的一端固定在传感器外壳上、另一端水平方向上加工有X方向光纤安装孔、垂直方向上加工有Y方向光纤安装孔，X方向光纤安装孔内固定安装第一光纤，第一光纤的两端固定在传感器外壳上，振动支架的两侧第一光纤上分别刻写有X方向第一光栅和X方向第二光栅，Y方向光纤安装孔内固定安装第二光纤，第二光纤的两端固定在传感器外壳上，振动支架的两侧第二光纤上分别刻写有Y方向第一光栅和Y方向第二光栅，振动支架中部水平方向两侧分别设置有第一支杆和第二支杆、竖直方向两侧分别设置有第三支杆和第四支杆，第一支杆的端部设置有第一声敏膜片，第二支杆的端部设置有第二声敏膜片，第三支杆的端部设置有第三声敏膜片，第四支杆的端部设置有第四声敏膜片，第一声敏膜片、第二声敏膜片、第三声敏膜片、第四声敏膜片紧贴在传感器外壳内壁上；所述振动支架为韦伯氏器三角骨形支架。
2.根据权利要求1所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于，所述韦伯氏器三角骨形支架的结构为：支架本体的水平方向前后两侧面均为平面，
3.根据权利要求1所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于：所述振动支架一端水平方向两侧对称设置有关节连杆，关节连杆的端部为球形关节头，所述传感器外壳内壁上加工有两个与关节头相匹配的关节腔，关节头位于关节腔腔内。
4.根据权利要求1所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于：所述传感器外壳上第一声敏膜片、第二声敏膜片、第三声敏膜片、第四声敏膜片所对位置加工有透声窗口，透声窗口内匹配安装有吸声板，第一声敏膜片、第二声敏膜片、第三声敏膜片、第四声敏膜片紧贴在对应的吸声板上。
5.根据权利要求4所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于：所述吸声板为聚异丁烯橡胶板或丁基橡胶板。
6.根据权利要求1所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于：所述传感器外壳为矩形金属壳体。
7.根据权利要求1所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于：所述第一支杆和第二支杆的中心线重合，所述第三支杆和第四支杆的中心线重合。
8.根据权利要求1所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于：所述X方向第一光栅和X方向第二光栅的栅区长度相同为2～5mm、中心波长之差为3～8nm。
9.根据权利要求1所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于：所述Y方向第一光栅和Y方向第二光栅的栅区长度相同为2-5mm、中心波长之差为3～8nm。
10.根据权利要求4所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于，所述传感器X方向的灵敏度为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于：传感器外壳内设置有振动支架，振动支架的一端固定在传感器外壳上、另一端水平方向上加工有x方向光纤安装孔、垂直方向上加工有y方向光纤安装孔，x方向光纤安装孔内固定安装第一光纤，第一光纤的两端固定在传感器外壳上，振动支架的两侧第一光纤上分别刻写有x方向第一光栅和x方向第二光栅，y方向光纤安装孔内固定安装第二光纤，第二光纤的两端固定在传感器外壳上，振动支架的两侧第二光纤上分别刻写有y方向第一光栅和y方向第二光栅，振动支架中部水平方向两侧分别设置有第一支杆和第二支杆、竖直方向两侧分别设置有第三支杆和第四支杆，第一支杆的端部设置有第一声敏膜片，第二支杆的端部设置有第二声敏膜片，第三支杆的端部设置有第三声敏膜片，第四支杆的端部设置有第四声敏膜片，第一声敏膜片、第二声敏膜片、第三声敏膜片、第四声敏膜片紧贴在传感器外壳内壁上；所述振动支架为韦伯氏器三角骨形支架。
2.根据权利要求1所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于，所述韦伯氏器三角骨形支架的结构为：支架本体的水平方向前后两侧面均为平面，竖直方向下侧面为外凸的圆弧面、上侧面由第一内凹弧形面和凸起弧形面及第二内凹弧形面依次相连构成。
3.根据权利要求1所述基于韦伯氏器的光纤光栅二维温度自补偿型振动传感器，其特征在于：所述振动支架一端水平方向两侧对称设置有关节连杆，关节连杆的端部为球形关节头，所述传感器外壳内壁上加工...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊伟，李哲北，王杰，贺轩，姜鑫，张博文，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：
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