具有自温补功能的高可靠光纤光栅加速度传感器，属于光纤传感技术领域。它解决了传统光纤光栅振动传感器敏度低，可靠性差的问题。它包括菱形梁、振动梁、质量块、光纤光栅和传输光纤，所述振动梁包括振动片、曾敏凹槽、连接底板、振动臂和固定座；所述菱形梁的两个短的方形梁的末端分别固定在振动梁上，且该两个短方形梁的中心线与振动梁的中心线相互平行；菱形梁的两个长的方形梁的中心线位于振动片与固定座之间的间隙的中间；光纤光栅嵌入在菱形梁的凹槽内并延伸出菱形梁凹槽；传输光纤连接在光纤光栅延伸至菱形梁凹槽外侧的两端上；所述光纤光栅为光纤马赫-曾德尔干涉仪。本发明专利技术适用于光纤传感技术领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种光纤光栅加速度传感器,属于光纤传感
技术介绍
目前,光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG,简称光纤光栅)传感技术已经在国内外得到广泛应用，如桥梁、大坝、隧道、建筑等土木工程结构的温度和应カ变形监测，滑坡、泥石流等地质灾害监测，开关柜、变压器、电缆、架空线等输变电设备在线测温，油罐、隧道等火灾自动报警，压カ容器、起重机械等特种设备结构安全监测以及矿井结构安全监测等等。振动的研究和测试是现代エ业发展的一项基础，在科学技术、国民经济和国防领域有着广泛的应用。振动传感器所测量的振动信号可以通过振动加速度或振动幅度来表征，因此振动信号的检测有基于振动加速度的振动检测和基于振动幅度的振动检测的两种方案，而前者是主要的检测方案。根据振动信号物理检测方式的不同，又可以分为电检测式加速度传感器和光检测式加速度传感器。电检测加速度传感器利用振动敏感机构感知振动加速度，振动敏感机构主要由敏感质量块、弹性元件和转换元件构成。电检测加速度传感器主要包括电磁感应式、电容式和压电式三种。在振动加速度的作用下，敏感质量块感知振动加速度而产生运动或应カ变化，带动与之相连的转换元件如电磁线圏、电容极板运动或产生压电晶片的应カ变化，电磁线圈在永磁体的磁场中运动切割磁力线而产生感生电压、电容极板的位置变化改变电容值的大小、压电晶片的应力变化产生的压电信号，从而通过电信号的变化感知振动信号。电检测加速度传感器的敏感器的电输出信号一般十分微弱，需要电信号检测单元中放大电路提供増益，因此电信号检测单元与振动敏感器通常必须封装在同一封装结构中构成加速度传感器，也就是说电信号检测单元与振动敏感器两者是不能分离的。电检测加速度传感器同时还必须自带电源或外部供电。电检测加速度传感器的特点是易受到电磁干扰、信号传输距离近、需要电源供电，因此限制电检测加速度传感器在一些场合如存在电磁干扰、现场供电困难、远距离传输的应用。光检测式加速度传感器利用光信号检测物体的振动，包括非接触式和接触式两种主要形式。非接触式加速度传感器主要是利用光信号直接检测物体某部位表面的振动幅度(即位移)来感知振动，属于绝对振动测量，有光纤位移检测、激光三角法、激光器外腔振荡法等方法。非接触式加速度传感器还有ー种方式是利用光信号检测物体某部位表面的振动速度导致的反射或散射光信号的多普勒频移来感知振动。接触式加速度传感器与振动物体固定连接，利用振动敏感机构感知物体振动加速度，振动敏感机构主要由敏感质量块、弹性元件和转换元件构成。由于光纤传感器具有体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰、适于易燃易爆环境，通常利用光纤来实现，称为光纤加速度传感器或光纤加速度计。光纤加速度传感器根据敏感原理可以分为相位调制型、波长调制型和光强调制型。相位调制型光纤加速度传感器主要利用多种方式将振动信号转化为光相位的变化，然后利用光纤干涉仪，如法布里-珀罗(F-P)干涉仪、迈克尔逊干涉仪、马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪来检测相位的变化。这种光纤加速度传感器具有灵敏度高的优点，但光纤干涉仪结构复杂、存在稳定性问题，实用化较为困难，成本也较高。波长调制型光纤加速度传感器主要基于光纤光栅(FBG)传感技术，通过敏感机构带动FBG应カ变形，导致FBG反射波长的变化，利用波长解调得到加速度信号。光纤光栅加速度传感器除具备光纤传感器固有的优点外，由于其输出表征信号为光栅反射的光信号的中心波长，属于数字量，所以具有优异的传输特性(不受光源波动及长距离传输光纤引入衰减的影响)，而且通过不同波长复用可以方便地实现准分布式測量。可以广泛应用于核爆试验、航空航天工程等国防尖端
及水利水エ结构、桥梁和建筑结构、机械设备等的加速度监测与測量。由于光纤光栅本身对温度及应变同时敏感，在使用光纤光栅做为加速度传感器敏感元件时会受到温度的影响而导致測量精度大大降低；此外，光纤光栅虽然具有良好的轴向抗拉伸疲劳能力，但一旦其受カ方向偏离轴向，极易被剪切力折断。针对这些实际工程应用问题，本专利技术提出一种既能消除温度影响又能避免光纤光栅断裂的具有自温补功能的高可靠光纤光栅加速度传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对传统光纤光栅传感器灵敏度低，可靠性差的问题，提供ー种具有自温补功能的高可靠光纤光栅加速度传感器。具有自温补功能的高可靠光纤光栅加速度传感器，该传感器包括菱形梁、振动粱、质量块、光纤光栅和传输光纤；所述菱形梁包括菱形筒、一号方形梁、二号方形梁、三号方形梁和四号方形梁；所述菱形筒的横截面为菱形；该菱形筒的两个钝角对应的外侧壁分别固定一号方形梁和二号方形梁，所述一号方形梁和二号方形梁的结构相同，且沿该菱形筒呈镜像对称设置；所述一号方形梁和二号方形梁的中心线与菱形筒的菱形横截面的短对角线重合；该菱形筒的两个锐角对应的外侧壁分别固定三号方形梁和四号方形梁，所述三号方形梁和四号方形梁的结构相同，且沿该菱形筒呈镜像对称设置；所述三号方形梁和四号方形梁的中心线与菱形筒的菱形横截面的长对角线重合；所述三号方形梁与一号方形梁的长度比为2 I ;在三号方形梁上表面的中心线位置上开有U形凹槽，且该U形凹槽贯穿三号方形梁上表面；光纤光栅嵌入在三号方形梁的U形凹槽和四号方形梁的U形凹槽内，且两端分别延伸至U形凹槽外；所述所述振动粱为镜像对称结构，它包括振动片、增敏凹槽、连接底板、振动臂和固定座；所述连接底板的底面、振动臂的底面和固定座的底面是在同一平面内，固定座通过连接底板与振动臂固接为一体，位于连接底板上方的振动片与连接底板形成增敏凹槽；质量块为长方体结构，其上表面沿该表面的中心线开有凹槽，振动梁的振动臂的末端卡在所述凹槽中；所述菱形梁的一号方形梁和二号方形梁的末端分别固定在振动梁的固定座和振动片上，且菱形梁的一号方形梁和二号方形梁的中心线与振动梁的中心线相互平行；三号方形梁和四号方形梁的中心线位于振动片与固定座之间的间隙的中间；光纤光栅嵌入在菱形梁的凹槽内并延伸出菱形梁凹槽；传输光纤连接在光纤光栅延伸至菱形梁凹槽外侧的两端上；所述光纤光栅为光纤马赫-曾德尔干涉仪。本专利技术的优点是本传感器在振动梁上加工有增敏凹槽，提高了对加速度的检测灵敏度。本专利技术通过增加了菱形梁，实现了光纤光栅受カ变形方向与振动梁受カ变形方向的坐标轴正交转换，隔绝了振动梁弯曲变形产生的剪切力，保证光纤光栅始终处于直线拉伸状态，提高了光纤光栅加速度传感器的长期可靠性。本专利技术可通过改变振动梁与菱形梁的各自热膨胀系数，抵消光纤光栅加速度传感器的温度漂移，提高在实际工程中对加速度的检测精度。附图说明图1为本专利技术菱形梁I的结构示意图；图2为本专利技术振动粱2的结构示意图；图3为本专利技术的结构示意图。具体实施例方式具体实施方式一下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的具有自温补功能的高可靠光纤光栅加速度传感器，该传感器包括菱形梁1、振动粱2、质量块3、光纤光栅5和传输光纤6 ；所述菱形梁I包括菱形筒1-1、一号方形梁1-2、二号方形梁1-3、三号方形梁1-4和四号方形梁1-5;所述菱形筒1-1的横截面为菱形；该菱形筒1-1的两个钝角对应的外侧壁分别固定一号方形梁1-2和二号方形梁1-3，所述一号方形梁1-2和二号方形梁1-3的结构相同，且沿该菱本文档来自技高网...
【技术保护点】
具有自温补功能的高可靠光纤光栅加速度传感器，其特征在于：该传感器包括菱形梁(1)、振动粱(2)、质量块(3)、光纤光栅(5)和传输光纤(6)；所述菱形梁(1)包括菱形筒(1?1)、一号方形梁(1?2)、二号方形梁(1?3)、三号方形梁(1?4)和四号方形梁(1?5)；所述菱形筒(1?1)的横截面为菱形；该菱形筒(1?1)的两个钝角对应的外侧壁分别固定一号方形梁(1?2)和二号方形梁(1?3)，所述一号方形梁(1?2)和二号方形梁(1?3)的结构相同，且沿该菱形筒(1?1)呈镜像对称设置；所述一号方形梁(1?2)和二号方形梁(1?3)的中心线与菱形筒(1?1)的菱形横截面的短对角线重合；该菱形筒(1?1)的两个锐角对应的外侧壁分别固定三号方形梁(1?4)和四号方形梁(1?5)，所述三号方形梁(1?4)和四号方形梁(1?5)的结构相同，且沿该菱形筒(1?1)呈镜像对称设置；所述三号方形梁(1?4)和四号方形梁(1?5)的中心线与菱形筒(1?1)的菱形横截面的长对角线重合；所述三号方形梁(1?4)与一号方形梁(1?2)的长度比为2∶1；在三号方形梁(1?4)上表面的中心线位置上开有U形凹槽，且该U形凹槽贯穿三号方形梁(1?4)上表面；光纤光栅(5)嵌入在三号方形梁(1?4)的U形凹槽和四号方形梁(1?5)的U形凹槽内，且两端分别延伸至U形凹槽外；所述振动粱(2)为镜像对称结构，它包括振动片(2?1)、增敏凹槽(2?3)、连接底板(2?4)、振动臂(2?5)和固定座(2?2)；所述连接底板(2?4)的底面、振动臂(2?5)的底面和固定座(2?2)的底面是在同一平面内，固定座(2?2)通过连接底板(2?4)与振动臂(2?5)固接为一体，位于连接底板(2?4)上方的振动片(2?1)与连接底板(2?4)形成增敏凹槽(2?3)；质量块(3)为长方体结构，其上表面沿该表面的中心线开有凹槽，振动梁(2)的振动臂(2?5)的末端卡在所述凹槽中；所述菱形梁(1)的一号方形梁(1?2)和二号方形梁(1?3)的末端分别固定在振动梁(2)的固定座(2?2)和振动片(2?1)上，且菱形梁(1)的一号方形梁(1?2)和二号方形梁(1?3)的中心线与振动梁(2)的中心线相互平行；三号方形梁(1?4)和四号方形梁(1?5)的中心线位于振动片(2?1)与固定座(2?2)之间的间隙的中间；光纤光栅(5)嵌入在菱形梁(1)的凹槽内并延伸出菱形梁(1)凹槽；传输光纤(6)连接在光纤光栅(5)延伸至菱形梁1凹槽外侧的两端上。...
【技术特征摘要】
1.具有自温补功能的高可靠光纤光栅加速度传感器，其特征在于该传感器包括菱形梁(I)、振动粱(2)、质量块(3)、光纤光栅(5)和传输光纤(6)； 所述菱形梁(I)包括菱形筒(1-1)、一号方形梁(1-2)、二号方形梁(1-3)、三号方形梁(1-4)和四号方形梁(1-5)； 所述菱形筒(1-1)的横截面为菱形； 该菱形筒(1-1)的两个钝角对应的外侧壁分别固定一号方形梁(1-2)和二号方形梁(1-3)，所述一号方形梁(1-2)和二号方形梁(1-3)的结构相同，且沿该菱形筒(1-1)呈镜像对称设置；所述一号方形梁(1-2)和二号方形梁(1-3)的中心线与菱形筒(1-1)的菱形横截面的短对角线重合； 该菱形筒(1-1)的两个锐角对应的外侧壁分别固定三号方形梁(1-4)和四号方形梁(1-5)，所述三号方形梁(1-4)和四号方形梁(1-5)的结构相同，且沿该菱形筒(1-1)呈镜像对称设置；所述三号方形梁(1-4)和四号方形梁(1-5)的中心线与菱形筒(1-1)的菱形横截面的长对角线重合； 所述三号方形梁(1-4)与一号方形梁(1-2)的长度比为2 I ;在三号方形梁(1-4)上表面的中心线位置上开有U形凹槽，且该U形凹槽贯穿三号方形梁(1-4)上表面；光纤光栅(5)嵌入在三号方形梁(1-4)的U形凹槽和四号方形梁(1-5)的U形凹槽内...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊燕玲，钟少龙，杨文龙，盛立文，沈涛，李乔艺，梁欢，李守铎，王丽，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
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