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一种一体式结构的三维加速度传感器制造技术

技术编号:8681391 阅读:221 留言:0更新日期:2013-05-09 01:27
一体式结构的三维加速度传感器,其特征在于包括内部中空的正方体外壳,在正方体外壳内部将正方体质量块通过管状形变体悬空连接,沿每个管状形变体的中心轴线方向均设置有各自对应的传感光纤Bragg光栅,所有的传感光纤Bragg光栅的光纤一端沿所述的中心轴线向外的方向依次穿过正方体质量块和正方体外壳至正方体外壳外部并串联熔接在一起,而所有的传感光纤Bragg光栅的光纤另一端直接穿过正方体外壳至正方体外壳外部,另外传感光纤Bragg光栅同正方体质量块的结合部相固定,以及所述的传感光纤Bragg光栅的光纤另一端直接穿过正方体外壳的结合部也相固定,克服了现有的加速度传感器的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于加速度传感器装置
,特别涉及一种一体式结构的三维加速度传感器,尤其涉及到用于应用于土木工程、结构健康监测、石油地震波监测方面的一体式结构的三维加速度传感器。
技术介绍
目前以光纤光栅作为传感元件制成的光纤光栅加速度传感器已经越来越广泛的应用于土木工程、结构健康监测、石油地震波监测这些领域。而现在的光纤光栅加速度传感器普遍是对一维方向的振动进行监测,难以满足实际监测中对三维空间任意加速度的测量需求。而由西北大学在中国申请的专利号为201010544589且专利技术名称为一种基于金属波纹管结构的光纤光栅加速度传感器的专利技术专利中,利用金属波纹管作为结构的弹性元件获取了一维方向上较宽的频响范围,但是由于此传感器的抗横向干扰能力较差而降低了结构的灵敏度;另外由申请人胡敬礼在中国申请的专利号为201120161858且专利技术名称为三维光纤光栅传感器的专利实质上是将三组一维传感检测装置安置于三个相互垂直的方向上进行加速度的三维检测,但是此传感器体积过大,各个方向的串扰对灵敏度造成的影响不可忽略;还有赵彦涛等人在“基于Bragg光纤光栅的三维加速度传感器的研究”文章中对以光纤光栅为弹性元件的一体式传感器进行了理论分析,证明了传感头的横向效应和温度对测量影响很小可忽略,但是其光纤的伸长量有限,易被拉断,因而以光纤光栅本身作为弹性元件大大降低了传感器的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种一体式结构的三维加速度传感器,这样的加速度传感器克服了现有的加速度传感器的缺陷,避免了因抗横向干扰能力较差而降低结构的灵敏度、传感器体积过大、各个方向的串扰对灵敏度造成影响还有以光纤光栅本身作为弹性元件大大降低传感器的使用寿命的不足。为了克服现有技术的不足,本专利技术的技术方案是这样解决的: 一种一体式结构的三维加速度传感器,包括内部中空的正方体外壳3,在正方体外壳3内部将正方体质量块2通过管状形变体I悬空连接,具体结构为该正方体外壳3的每个内表面各自同正方体质量块2的对应的一个外表面面面相对,所述的每个内表面的中心分别同各自对应的一个管状形变体I的一端固定连接,而管状形变体I的另一端同与该管状形变体I固定连接的内表面相面面相对的正方体质量块2的外表面的中心固定连接,沿每个管状形变体I的中心轴线方向均设置有各自对应的传感光纤Bragg光栅4,所有的传感光纤Bragg光栅4的光纤一端沿所述的中心轴线向外的方向依次穿过正方体质量块2和正方体外壳3至正方体外壳3外部并串联熔接在一起,而所有的传感光纤Bragg光栅4的光纤另一端直接穿过正方体外壳3至正方体外壳3外部,另外传感光纤Bragg光栅4同正方体质量块2的结合部相固定,以及所述的传感光纤Bragg光栅4的光纤另一端直接穿过正方体外壳3的结合部也相固定。所述的管状形变体I为弹性元件。所述的弹性元件为金属波纹管,并且所有的金属波纹管的形状大小和力学参数均相同。所述的金属波纹管的材料为铍青铜。所述的正方体外壳3的材料为铝合金材料。所述的传感光纤Bragg光栅4均为同样的材料。所述的传感光纤Bragg光栅4同正方体质量块2和正方体外壳3的结合部相固定的方式为所述的正方体质量块2和正方体外壳3各个表面中心位置均设置有通孔,传感光纤Bragg光栅4穿过各自对应的通孔并于对应的通孔处用强力胶固定。本专利技术与现有技术相比,能够实现对测量空间方向上的任意加速度的测量,具有体积小,抗干扰能力强,灵敏度高,响应频带宽,寿命长,结合传感网络可实现多点分布和在线实时监测的优点。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施例方式附图为本专利技术的实施例。下面结合附图对
技术实现思路
作进一步说明: 参照图1所示,一种一体式结构的三维加速度传感器,包括内部中空的正方体外壳3,在正方体外壳3内部将正方体质量块2通过管状形变体I悬空连接,具体结构为该正方体外壳3的每个内表面各自同正方体质量块2的对应的一个外表面面面相对,所述的每个内表面的中心分别同各自对应的一个管状形变体I的一端固定连接,而管状形变体I的另一端同与该管状形变体I固定连接的内表面相面面相对的正方体质量块2的外表面的中心固定连接,沿每个管状形变体I的中心轴线方向均设置有各自对应的传感光纤Bragg光栅4,所有的传感光纤Bragg光栅4的一端沿所述的中心轴线向外的方向依次穿过正方体质量块2和正方体外壳3至正方体外壳3外部并串联熔接在一起,而所有的传感光纤Bragg光栅4的光纤另一端直接穿过正方体外壳3至正方体外壳3外部,另外传感光纤Bragg光栅4同正方体质量块2的结合部相固定,以及所述的传感光纤Bragg光栅4的光纤另一端直接穿过正方体外壳3的结合部也相固定。所述的管状形变体I为弹性元件。所述的弹性元件为金属波纹管,并且所有的金属波纹管的形状大小和力学参数均相同。所述的金属波纹管的材料为铍青铜,铍青铜的优点在于有很高的强度、弹性、硬度、疲劳强度、弹性滞后小、耐蚀、耐磨、耐寒、高导电、无磁性、冲击不产生火花这样的一系列优良的物理、化学和力学性能。所述的正方体外壳3的材料为铝合金材料,铝合金材料更为轻便,成本更低。本专利技术的工作原理为假设振动台施加横向X轴的正向加速度,设定横向X轴负方向的传感光纤Bragg光栅4的符号名为FBG1,正方向的传感光纤Bragg光栅4的符号名为FBG2,此时正方体质量块2经过平衡位置向横向X轴正方向运动,符号名为FBGl的传感光纤Bragg光栅4被拉伸而符号名为FBG2的传感光纤Bragg光栅4被压缩,它们各自对应的中心波长变化量依次为公式(I)和公式(2)表示:本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种一体式结构的三维加速度传感器,其特征在于包括内部中空的正方体外壳(3),在正方体外壳(3)内部将正方体质量块(2)通过管状形变体(1)悬空连接,具体结构为该正方体外壳(3)的每个内表面各自同正方体质量块(2)的对应的一个外表面面面相对,所述的每个内表面的中心分别同各自对应的一个管状形变体(1)的一端固定连接,而管状形变体(1)的另一端同与该管状形变体(1)固定连接的内表面相面面相对的正方体质量块(2)的外表面的中心固定连接,沿每个管状形变体(1)的中心轴线方向均设置有各自对应的传感光纤Bragg?光栅(4),所有的传感光纤Bragg?光栅(4)的一端沿所述的中心轴线向外的方向依次穿过正方体质量块(2)和正方体外壳(3)至正方体外壳(3)外部并串联熔接在一起,而所有的传感光纤Bragg?光栅(4)的光纤另一端直接穿过正方体外壳(3)至正方体外壳(3)外部,另外传感光纤Bragg?光栅(4)同正方体质量块(2)的结合部相固定,以及所述的传感光纤Bragg?光栅(4)的光纤另一端直接穿过正方体外壳(3)的结合部也相固定。

【技术特征摘要】
1.种一体式结构的三维加速度传感器,其特征在于包括内部中空的正方体外壳(3),在正方体外壳(3)内部将正方体质量块(2)通过管状形变体(I)悬空连接,具体结构为该正方体外壳(3)的每个内表面各自同正方体质量块(2)的对应的一个外表面面面相对,所述的每个内表面的中心分别同各自对应的一个管状形变体(I)的一端固定连接,而管状形变体(I)的另一端同与该管状形变体(I)固定连接的内表面相面面相对的正方体质量块(2)的外表面的中心固定连接,沿每个管状形变体(I)的中心轴线方向均设置有各自对应的传感光纤Bragg光栅(4),所有的传感光纤Bragg光栅(4)的一端沿所述的中心轴线向外的方向依次穿过正方体质量块(2)和正方体外壳(3)至正方体外壳(3)外部并串联熔接在一起,而所有的传感光纤Bragg光栅(4)的光纤另一端直接穿过正方体外壳(3)至正方体外壳(3)外部,另外传感光纤Bragg光栅(4)同正方体质量块(2)的结合部相固定,以及所述的传感光纤Bragg光栅(4)的光纤另一端直接穿过正方体外壳(3...

【专利技术属性】
技术研发人员:乔学光冯定一忽满利冯忠耀荣强周杜彦英
申请(专利权)人:西北大学
类型:发明
国别省市:

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