光纤加速度计制造技术

一种光纤加速度计，包括：底座结构；第一震动质量块，通过第一铰接元件可移动地接合至底座结构；第二震动质量块，通过第二铰接元件可移动地接合至底座结构；光纤，分别在第一附接接合部和第二附接接合部处接合至第一震动质量块和第二震动质量块，以通过第一震动质量块和第二震动质量块分别围绕第一铰链结构和第二铰链结构的位移使光纤受到变化的张力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光纤加速度计
本专利技术在一个方面涉及一种光纤加速度计(fibre opticalaccelerometer), 该光纤加速度计包括通过各自的铰接元件可移动地接合至底座结构的第一震动质量块 (seismic mass)和第二震动质量块。光纤接合至第一震动质量块和第二震动质量块,从而 通过第一震动质量块和第二震动质量块分别围绕第一铰链结构和第二铰链结构的位移而 使该光纤受到变化的张力(strain)。
技术介绍
在本领域中已知用于结构振动或加速度的鲁棒遥感的光纤加速度计。光纤加速度 计具有多个期望的特性，诸如对电磁干扰和机械干扰的不敏感、良好的多路复用能力以及 支持连接电缆的延长长度。这些特性使光纤加速度计成为许多特定应用的第一选择，诸如 通常处在偏远且恶劣的环境中的风能、油气勘探、航天等。US 6，891，621B2公开了一种用于恶劣环境的高灵敏度加速度计。该加速度计包括 通过铰链接合至底座的震动质量块。该震动质量块响应于施加至加速度计的水平力而围绕 铰链执行摆动。一对光纤以这样的方式互连在加速度计的底座和壳体之间使得光纤在对 加速度计施加水平力期间交替地张紧和压缩。然而，在本领域中存在提供改进的光纤加速度计的需要，这些光纤加速度计能够 以较低的成本制造或者具有较高的测量精度，诸如改进的操作带宽和动态范围。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种光纤加速度计，包括-底座结构；-第一震动质量块,通过第一铰接元件(hingeelement)可移动地接合至底座结 构；-第二震动质量块，通过第二铰接元件可移动地接合至底座结构；-光纤,分别在第一附接接合部(attachmentjoint)和第二附接接合部处接合至 第一震动质量块和第二震动质量块，以通过第一震动质量块和第二震动质量块分别围绕第 一铰链结构和第二铰链结构的位移使光纤受到变化的张力。第一铰接元件和第二铰接元件确保第一附接接合部和第二附接接合部响应于加 速度的位移朝向相反。第一震动质量块和第二震动质量块因而相配合，以便以这样的力张 紧或压缩光纤该力与由质量等于第一震动质量块和第二震动质量块之和的单个震动质量 块的位移提供的相同。然而，由于第一震动质量块和第二震动质量块的移动是独立的，因此 可在本光纤加速度计中实现导致较大的工作频率范围的较高的高频谐振。此外，光纤加速 度计的灵敏度相对于具有单个震动质量块的加速度计翻倍，因为第一震动质量块和第二震 动质量块均响应于加速度为光纤赋予张力。本光纤加速度计可包括指示测得的加速度的光读出机构。在一个这种实施例中，光纤在第一附接接合部和第二附接接合部之间延伸的部分包括光纤布拉格光栅(FBG)。该 FBG用于根据对沿着预定轴线的加速度计加速度的测量来指示光纤的张力。在该实施例中， 光纤可以预张紧，从而在静止(即，零加速度)的情况下为光纤赋予预定的张力级别。在加速 度下，在包括FBG的纤维区域中引发的张力级别根据瞬时加速度在预定的张力级别周围动 态地变化。这导致张紧的光纤区域中的张力级别的对应交替，这可通过测量来自FBG的反 射光的波长范围来检测。也利用光读出机构的另一实施例包括由设置在第一附接接合部和第二附接接合 部之间的张紧的光纤区域外部(例如，在附接接合部的每侧上向外)的两个FBG限定的法布 里-珀罗谐振器。对于这种基于光学加速度计的干涉计、以及以上描述的单个FBG，光学检 测方案可依赖于对透射光或反射光的光强度、光波长或甚至是光相位的解调。本专利技术的光纤加速度计优选地封装在密闭的转换器壳体中，以使可移动的且敏感 的内部组件免受外部环境的污染。一对光连接件可方便地与转换器壳体成一体，以提供可 拆卸的且可通用的光纤加速度计。在一个实施例中，第一铰接元件和第二铰接元件布置在共同水平面中。此外，第一 震动质量块的重心和第二震动质量块的重心优选地布置在共同水平面中。第一震动质量块 和第二震动质量块的各自的重心设置在相同的水平面中，因为第一铰接元件和第二铰接元 件用于降低横轴灵敏度，即，对与光纤加速度计的预期灵敏度轴线垂直的方向上的加速度 的灵敏度。能实现横轴灵敏度的这种降低，由于在很大程度上防止了第一震动质量块和第 二震动质量块相对于底座的位移受到沿着共同水平面的加速度。根据本专利技术的一个有利实施例，第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元 件和第二铰接元件以及底座结构以相同的材料形成。第一震动质量块和第二震动质量块、 第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构可模制成形成光纤加速度计的一致核心部分。 第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构可替代地 可通过诸如铣削或切割的机加工工艺由单个实心物体制成。由于光纤加速度计核心部分的 一致或统一结构，提供了一种节省成本的制造和装配方法。此外，光纤加速度计的关键性能 标准(诸如灵敏度、工作频率范围和尺寸)可以通过仅改变第一震动质量块和第二震动质量 块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构中的一个或多个的适当尺寸以高效的方式 调整或调节，以适合特定的应用。此外，或作为替待，可改变形成第一震动质量块和第二震 动质量块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构的材料，以使关键性能标准适合期 望的目标标准。第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构 可由金属材料提供，诸如选自{钨、不锈钢、黄铜、铜、钛、硅}的组的金属。根据本专利技术的一个实施例，第一铰接元件和第二铰接元件包括邻近底座的位于第 一震动质量块和第二震动质量块中的相应切口(incision)或去除部分(pinch)。这些切口 可以通过传统的铣削或切割技术以有效的方式形成。此外，可改变这些切口的物理特征，例 如宽度和/或高度方面，从而以快速且节省成本的方式使光纤加速度计的性能标准适合特 定的目标标准。根据本专利技术的再一实施例，第一杆在第一震动质量块和光纤上的第一附接接合部 之间延伸，并且第二杆在第二震动质量块和光纤上的第二附接接合部之间延伸。第一杆和第二杆可提供张力放大，从而通过第一震动质量块和第二震动质量块围绕第一铰链结构和 第二铰链结构的特定位移来增大施加于第一附接接合部和第二附接接合部之间的光纤部 分的张力级别。张力放大的量取决于第一距离比。第一距离比被设定为光纤上的第一附接 接合部和第一铰接元件之间的距离相对于第一震动质量块的重心和第一铰接元件之间的 距离。该第一距离比可大于2或3或5。优选地，对应的与第二附接接合部和第二铰接元件 之间的距离相对于第二震动质量块的重心和第二铰接元件之间的距离相关的第二距离比 与第一距离比基本相同。第一杆和第二杆中的每根可作为通过适当的附接方式附接或接合至各自的震动 质量块的单独元件来提供，或者可替代地例如通过对之前讨论的单个实心物体进行机加工 而与各自的震动质量块一体形成。本光纤加速度计的核心组件优选地围绕穿过光纤加速度计延伸的中心竖直面对 称布置。在一个实施例中，第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元件和第二铰接元 件以及底座结构围绕中心竖直面对称布置。这简化了制造，提供了更统一的频率响应，并使 对沿着除预期的灵敏度轴线之外的其他轴线的加速度的灵敏度最小化。根据尤其非常适合低成本制造的本光纤加速度计的一个实施例，第一震动质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.11 US 61/333,4091.一种光纤加速度计，包括 底座结构， 第一震动质量块，通过第一铰接元件可移动地接合至所述底座结构， 第二震动质量块，通过第二铰接元件可移动地接合至所述底座结构， 光纤，分别在第一附接接合部和第二附接接合部处接合至所述第一震动质量块和所述第二震动质量块，以通过所述第一震动质量块和所述第二震动质量块分别围绕所述第一铰链结构和所述第二铰链结构的位移使所述光纤受到变化的张力。2.根据权利要求1所述的光纤加速度计，其中，所述第一铰接元件和所述第二铰接元件布置在共同水平面中。3.根据权利要求2所述的光纤加速度计，其中，所述第一震动质量块的重心和所述第二震动质量块的重心布置在所述共同水平面中。4.根据权利要求1-3中任一项所述的光纤加速度计，其中，所述第一震动质量块和所述第二震动质量块、所述第一铰接元件和所述第二铰接元件以及所述底座结构以相同的材 料形成。5.根据权利要求4所述的光纤加速度计，其中，所述材料包括选自{钨、不锈钢、黄铜、铜、钛、硅}的组的金属材料。6.根据权利要求4或5所述的光纤加速度计，其中，所述第一震动质量块和所述第二震动质量块、所述第一铰接元件和所述第二铰接元件以及所述底座结构通过模制或机加工由单个实心物体制成。7.根据权利要求5或6所述的光纤加速度计，其中，所述第一铰接元件和所述第二铰接元件包括邻近所述底座的位于所述第一震动质量块和所述第二震动质量块中的相应切口或去除部分。8.根据权利要求1-7中任一项所述的光纤加速度计，包括 第一杆，在所述第一震动质量块与所述光纤上的所述第一附接接合部之间延伸， 第二杆，在所述第二震动质量块与所述光纤上的所述第二附接接合部之间延伸。9.根据权利要求1-8中任一项所述的光纤加速度计，其中，所述光纤上的所述第一附接接合部与所述第一铰接元件之间的距离是所述第一震动质量块的重心与所述第一铰接元件之间的距离的至少两倍。10.根据前述权利要求中任一项所述的光纤加速度计，其中，所述第一震动质量块和所述第二震动质量块、所述第一铰接元件和所述第二铰接元件以及所述底座结构关于中心竖直面对...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑟伦·安德森，托本·拉斯克·利希特，
申请(专利权)人：布鲁尔及凯尔声音及振动测量公司，
类型：
国别省市：