專利名稱：一種溫度自動補償?shù)膹姸冉庹{(diào)型啁啾光纖光柵加速度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度自動補償?shù)膹姸冉庹{(diào)型啁
啾光纖光柵加速度計。
背景技術(shù)：
光纖傳感器與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖傳感器具有獨特的優(yōu)點靈敏度高、重量 輕、體積小、抗電磁干擾、耐腐蝕、本質(zhì)安全。由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而光纖 又是電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質(zhì)，這使它可以方便有效地用于各種大型機電、石油化工、礦 井等強電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中。鑒于光纖光柵傳感器的如上優(yōu)勢，光纖光柵加 速度計的應(yīng)用范圍很廣，幾乎涉及國民經(jīng)濟的所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活，尤其可以 安全有效地在惡劣環(huán)境中使用，解決了許多行業(yè)多年來一直存在的技術(shù)難題，具有很大的 市場需求。 在之前已經(jīng)報道的幾種光纖光柵加速度中，大多數(shù)采用懸臂梁結(jié)構(gòu)作為光纖光柵 承載裝置。當(dāng)懸臂梁自由端發(fā)生振動時，應(yīng)變會隨著振動傳遞到光纖光柵上，從而改變光纖 光柵的反射峰的位置。雖然這幾種加速度計的靈敏度不錯，但是需要額外的溫度補償裝置， 而且加速度的測量范圍有限。在實際工程應(yīng)用中，使用光纖光柵加速度計進行測量時，溫度 補償十分重要。而傳統(tǒng)的溫度補償方法是在一個通道里配備一個溫度補償傳感器，用它來 對一個通道中多達數(shù)十個的傳感器進行溫度補償，實際中這數(shù)十個傳感器相距很遠，并不 在同一個溫度場里，所以對溫度的補償效果并不理想。要做到合理準(zhǔn)確又有效的溫度補償， 最好是通過傳感器的溫度自補償來實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種適用于實際應(yīng)用，具有較寬工作范 圍，并且能減少儀器非線性因素影響的高靈敏度強度解調(diào)型溫度不敏感的光纖光柵加速度 計。 本實用新型包括基座、懸臂梁、啁啾光纖光柵、質(zhì)量塊、光纖和箱體。箱體為中空的 長方體結(jié)構(gòu)，在箱體的一個側(cè)壁靠近底部的位置開有光纖出口。基座固定設(shè)置在箱體的一 個內(nèi)側(cè)壁居中位置上，懸臂梁的一端與基座固定連接，另一端與質(zhì)量塊固定連接。懸臂梁為 柱體，其頂面和底面均為平行于箱體底面的直角梯形。啁啾光纖光柵附著在懸臂梁的中性 面上，啁啾光纖光柵的始端設(shè)置在懸臂梁的頂面與中性面的交匯處、末端設(shè)置在懸臂梁的 底面與中性面的交匯處，啁啾光纖光柵的傾斜角a為3 45度，啁啾光纖光柵的末端與光 纖的一端連接，光纖穿過光纖出口，光纖出口密封設(shè)置。箱體內(nèi)填充有阻尼液。 本實用新型采用一根光纖光柵進行溫度自補償，以達到加速度計對溫度不敏感的 效果；利用直角梯形懸臂梁結(jié)構(gòu)，將加速度轉(zhuǎn)化成光纖光柵的反射譜的展寬，利用高反射率 的FBG達到強度解調(diào)的目的，成功解決了波長解調(diào)成本高的弊端。本實用新型中箱體內(nèi)充 滿阻尼液防止加速度傳感器在工作時因為振幅過大而導(dǎo)致的傳感器部件損壞，延長傳感器
3的使用壽命。
圖1為本實用新型的的側(cè)視圖； 圖2為本實用新型的的俯視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步描述。 如圖1和圖2所示， 一種溫度自動補償?shù)膹姸冉庹{(diào)型啁啾光纖光柵加速度計包括 基座1、懸臂梁2、啁啾光纖光柵3、質(zhì)量塊4、光纖5和箱體6。箱體6為中空的長方體結(jié)構(gòu)， 在箱體6的一個側(cè)壁靠近底部的位置開有光纖出口 7?；?固定設(shè)置在箱體6的一個內(nèi) 側(cè)壁居中位置上，懸臂梁2的一端與基座1固定連接，另一端與質(zhì)量塊4固定連接。質(zhì)量塊 4的材料為鐵，質(zhì)量為100g。懸臂梁2為有機玻璃的柱體，其頂面和底面均為平行于箱體6 底面的直角梯形，懸臂梁2的長度L為16. 5cm，與基座1固定端的寬度d為3. 0cm，高度h 為0. 5cm。啁啾光纖光柵3附著在懸臂梁的中性面上(中性面為懸臂梁的與箱體6內(nèi)側(cè)壁 平行的側(cè)面)。啁啾光纖光柵3的始端設(shè)置在懸臂梁2的頂面與中性面的交匯處、末端設(shè)置 在懸臂梁2的底面與中性面的交匯處，啁啾光纖光柵3的傾斜角a (啁啾光纖光柵3與懸 臂梁2底面的夾角)為3 45度，啁啾光纖光柵3的初始反射帶寬范圍為1541 1559nm， 反射率為30dB，啁啾光纖光柵3的末端與光纖5的一端連接，光纖5穿過光纖出口 7，光纖 出口7密封設(shè)置。箱體內(nèi)填充有阻尼液。將箱體安裝在振動源上，通過測量光纖輸出的光 強，就可得到振動源的振動加速度及頻率。 實施例中由于懸臂梁的剛度和質(zhì)量塊的質(zhì)量將對加速度計的靈敏度和自振頻率 產(chǎn)生顯著的影響，故可以通過改變懸臂梁的材料及結(jié)構(gòu)參數(shù)和調(diào)節(jié)質(zhì)量塊的質(zhì)量來改變加 速度計的靈敏度和自振頻率。箱體中的阻尼液有緩沖的作用，保護大幅振動中的加速度計 免受破壞，增加其頻率響應(yīng)范圍。阻尼液一般采用硅油。 本實施例利用直角梯形懸臂梁和質(zhì)量塊組成的彈簧_質(zhì)量系統(tǒng)作為加速度計的 主要結(jié)構(gòu)，將啁啾光纖光柵傾斜粘貼在懸臂梁的側(cè)面，且傾斜角a為3 45度。當(dāng)箱體 在豎直方向上存在振動加速度時，懸臂梁自由端上的質(zhì)量塊受外界力影響產(chǎn)生豎直方向位 移，導(dǎo)致懸臂梁彎曲產(chǎn)生形變，如果位移向下梁向下彎曲，則光纖光柵在梁中性面以上的部 分受到拉伸應(yīng)變，而中性面以下的部分受到壓縮應(yīng)變，在中性面上無應(yīng)變。在不同的厚度層 上產(chǎn)生的應(yīng)變呈梯度分布，可引起光纖光柵啁啾率的變化，表現(xiàn)為光纖光柵反射帶寬的變 化。而且箱體的振動加速度越大，懸臂梁的曲率越大，光纖光柵的啁啾率的改變越大，反射 帶寬的變化就越大。在采用長度較長(大于5cm)、起始反射率較高(大于99. 9%或30dB) 的光纖啁啾光柵情況下，其反射率在帶寬增大和減小兩種情況下的變化都很小，能維持在 99%以上，從而實現(xiàn)加速度計光強度解調(diào)。 本實施例中，使啁啾光纖光柵的中點固定在懸臂梁側(cè)面的中性面上，則懸臂梁因 外界振動加速度彎曲時，其反射譜變化是對稱的，在外界溫度不改變的前提下中心波長保 持不變。反射譜帶寬A入。與箱體的振動加速度a成線性關(guān)系，艮卩 A A r = A2Xa[0015] 式中，4 = 6C(l-pe) "。LgLmsin(2 9 )/Eb。h3，其中C為懸臂梁和光纖光柵的應(yīng)變傳 遞系數(shù)，Pe為光纖光柵的光彈系數(shù)，A B。為中心波長，Lg為啁啾光纖光柵的長度，L為懸臂梁 的長度，m為質(zhì)量塊的質(zhì)量，e為光纖光柵和中性面的夾角，E為懸臂梁材料的楊氏模量，b。 為懸臂梁固定端的寬度，h為懸臂梁的厚度。以上各系數(shù)皆為已知或可通過測量得到，只要 改變箱體的振動加速度a，就可以線性改變光纖光柵反射譜帶寬A A。。外界溫度僅僅改變 光纖光柵中心波長的漂移，而不會對反射帶寬產(chǎn)生影響。當(dāng)光纖光柵的具有高反射率時，反 射光功率在一定范圍內(nèi)隨反射帶寬線性變化，通過測量反射光強便可得到振動加速度的大 小。
權(quán)利要求一種溫度自動補償?shù)膹姸冉庹{(diào)型啁啾光纖光柵加速度計，包括基座、懸臂梁、啁啾光纖光柵、質(zhì)量塊、光纖和箱體，其特征在于所述的箱體為中空的長方體結(jié)構(gòu)，在箱體的一個側(cè)壁靠近底部的位置開有光纖出口；基座固定設(shè)置在箱體的一個內(nèi)側(cè)壁居中位置上，懸臂梁的一端與基座固定連接，另一端與質(zhì)量塊固定連接；所述的懸臂梁為柱體，其頂面和底面均為平行于箱體底面的直角梯形；啁啾光纖光柵附著在懸臂梁的中性面上，啁啾光纖光柵的始端設(shè)置在懸臂梁的頂面與中性面的交匯處、末端設(shè)置在懸臂梁的底面與中性面的交匯處，啁啾光纖光柵的傾斜角α為3～45度，啁啾光纖光柵的末端與光纖的一端連接，光纖穿過光纖出口，光纖出口密封設(shè)置；箱體內(nèi)填充有阻尼液。
專利摘要本實用新型涉及一種溫度自動補償?shù)膹姸冉庹{(diào)型啁啾光纖光柵加速度計?，F(xiàn)有的加速度計需要額外的溫度補償裝置。本實用新型針包括基座、懸臂梁、質(zhì)量塊、啁啾光纖光柵和箱體。箱體為中空的長方體結(jié)構(gòu)，箱體內(nèi)側(cè)壁靠近底部的位置開有光纖出口，箱體的內(nèi)側(cè)壁居中位置上設(shè)置有基座，懸臂梁一端與基座垂直設(shè)置，另一端與質(zhì)量塊固定設(shè)置。懸臂梁橫截面呈直角梯形，懸臂梁的中性面傾斜設(shè)置啁啾光纖光柵，啁啾光纖光柵的末端與光纖連接，光纖穿過光纖出口密封設(shè)置，箱體內(nèi)填充有阻尼液。本實用新型采用光纖光柵進行溫度自補償，以達到加速度計對溫度不敏感的效果。
文檔編號G01P15/093GK201548559SQ20092020173
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者周文俊, 李嵐, 董新永, 趙春柳 申請人:中國計量學(xué)院