專利名稱：高靈敏度fbg加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種光纖光柵傳感器，尤其是ー種高靈敏度FBG加速度傳感器。
背景技術(shù)：
光纖光柵傳感器屬于光纖傳感器的ー種，基于光纖光柵的傳感過程是通過外界物理參量對(duì)光纖布拉格波長的調(diào)制來獲取傳感信息，是ー種波長調(diào)制型光纖傳感器?，F(xiàn)有的光纖光柵加速度傳感器在使用時(shí)，容易出現(xiàn)啁啾或多峰現(xiàn)象，其靈敏度是ー個(gè)問題。并且在外界過大沖擊作用時(shí)，過大的加速度會(huì)使光柵產(chǎn)生很大的軸向應(yīng)變使得光柵被拉斷。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種耐用的高靈敏度FBG加速度傳感器。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案:這種高靈敏度FBG加速度傳感器，包括基座、上蓋，基座和上蓋之間通過螺釘連接，基座和上蓋形成的空間內(nèi)設(shè)有懸臂梁，懸臂梁一端與基座螺紋連接，另一端與質(zhì)量塊螺紋連接，質(zhì)量塊處于懸空狀態(tài)，懸臂梁上設(shè)有兩個(gè)支塊，其中支塊ー設(shè)于懸臂梁與基座的連接端，支塊ニ設(shè)于支塊一與質(zhì)量塊之間，基座兩側(cè)設(shè)有光纜接頭，光纖通過兩個(gè)光纜接頭且固定于支塊一和支塊ニ上，光柵柵區(qū)位干支塊ー和支塊ニ之間。作為優(yōu)選，所述光柵設(shè)有預(yù)拉伸。作為優(yōu)選，所述基座底部設(shè)有ー個(gè)限位螺釘，限位螺釘?shù)闹行奈恢门c質(zhì)量塊的集中載荷共線，限位螺釘?shù)亩嗣媾c質(zhì)量塊之間設(shè)有間隙。作為優(yōu)選，所述基座采用鋁合金材質(zhì)。作為優(yōu)選，所述基座和上蓋形成的空間內(nèi)的螺紋連接處設(shè)有螺紋密封膠。作為優(yōu)選，所述基座和上蓋形成的空間內(nèi)部設(shè)有潤滑油阻尼液。實(shí)用新型有益的效果是:本實(shí)用新型通過調(diào)整支塊的尺寸可以明顯改善傳感器的靈敏度，同時(shí)光柵柵區(qū)部分采用懸空方式，不直接粘貼到懸臂梁上可以有效避免出現(xiàn)中心波長啁啾或展寬現(xiàn)象；得出了該新型加速度傳感器的具體結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)對(duì)于預(yù)拉伸、防過載破壞及溫度補(bǔ)償進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；對(duì)傳感器的傳感單元進(jìn)行了有限元仿真分析，結(jié)果與前面設(shè)計(jì)理論結(jié)果十分吻合；故本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的光纖光柵加速度傳感結(jié)構(gòu)為新型加速度傳感器設(shè)計(jì)提供了一種新穎的設(shè)計(jì)思路和方法，具有極大的實(shí)用意義和價(jià)值。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是傳感単元力學(xué)模型結(jié)構(gòu)圖；圖3是純彎梁彎曲變形表面幾何關(guān)系圖；附圖標(biāo)記說明:基座1，上蓋2，質(zhì)量塊3，懸臂梁4，支塊ー 5，支塊ニ 6，光纜接頭7，光纖8，光柵柵區(qū)9，限位螺釘10。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說明:實(shí)施例:如圖1所示，ー種高靈敏度FBG加速度傳感器，包括基座1、上蓋2，基座I和上蓋2之間通過螺釘連接，基座I和上蓋2形成的空間內(nèi)設(shè)有懸臂梁4，懸臂梁4 一端與基座I螺紋連接，另一端與質(zhì)量塊3螺紋連接，質(zhì)量塊3處于懸空狀態(tài)，懸臂梁4上設(shè)有兩個(gè)支塊，其中支塊ー 5設(shè)于懸臂梁4與基座I的連接端，支塊ニ 6設(shè)于支塊ー 5與質(zhì)量塊3之間，基座I兩側(cè)設(shè)有光纜接頭7，光纖8通過兩個(gè)光纜接頭7且固定于支塊一 5和支塊ニ6上,光柵柵區(qū)9位于支塊一 5和支塊ニ 6之間。由于傳感器用作加速度震動(dòng)測量，故內(nèi)部所有螺紋連接處均需做防松處理，即通過涂覆螺紋密封膠防松，尾端光纜接頭7與光纜連接方式仍采用常規(guī)方式(壓緊及涂膠水)連接，整個(gè)基座I內(nèi)部填充潤滑油阻尼液。建立外界激勵(lì)的加速度、頻率信息與光纖光柵之間的力學(xué)模型是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)時(shí)采用懸臂梁4和質(zhì)量塊3力學(xué)模型，外界激勵(lì)加速度產(chǎn)生的慣性カ轉(zhuǎn)換為懸臂梁4表面的應(yīng)變，將光柵固定在懸臂梁4表面。這樣，表面的應(yīng)變將使光柵中心波長發(fā)生變化，結(jié)合光柵應(yīng)變特性、力學(xué)理論知識(shí)，可以建立中心波長變化與外界激勵(lì)加速度的線性關(guān)系，從而通過光柵波長變化量的檢測可以換算出外界激勵(lì)加速度大小，同時(shí)，傳感器自身設(shè)計(jì)固有頻率決定了可以探測外界激勵(lì)信號(hào)的工作頻率范圍。將光柵時(shí)域波長變化信號(hào)進(jìn)行FFT變換即可得到外界激勵(lì)信號(hào)的頻率特性曲線，從而檢測出外界激勵(lì)信號(hào)的頻率成分。加速度傳感器設(shè)計(jì)時(shí)兩個(gè)重要的指標(biāo)即:動(dòng)態(tài)范圍(工作頻率)及靈敏度。在結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域(橋梁、大壩等)使用時(shí)，通常要求傳感器在一定的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)有很好的靈敏度，這樣才能監(jiān)測出結(jié)構(gòu)體的微小震動(dòng)情況。鉄路、公路橋的豎直方向加速度通常低于0.35g，橫向加速度低于0.1g,公路、鐵路橋及高層建筑等大型結(jié)構(gòu)的振動(dòng)均為低頻振動(dòng)，固有頻率ー般小于10Hz。這里，采用懸臂梁和質(zhì)量塊力學(xué)模型作為加速度傳感器傳感單元。其簡化的傳感單元結(jié)構(gòu)如圖2所示，可簡化為由慣性質(zhì)量m、弾性元件k和阻尼C組成的單自由度的ニ階系統(tǒng)，由于光纖剛度遠(yuǎn)小于彈性懸臂梁的剛度，故計(jì)算時(shí)忽略了光纖剛度的影響。對(duì)于上述力學(xué)模型可以得到其固有頻率為:
權(quán)利要求1.ー種高靈敏度FBG加速度傳感器，包括基座(I)、上蓋(2)，基座(I)和上蓋(2)之間通過螺釘連接，其特征是:基座(I)和上蓋(2)形成的空間內(nèi)設(shè)有懸臂梁(4)，懸臂梁(4) 一端與基座(I)螺紋連接，另一端與質(zhì)量塊(3)螺紋連接，質(zhì)量塊(3)處于懸空狀態(tài)，懸臂梁(4)上設(shè)有兩個(gè)支塊，其中支塊ー(5)設(shè)于懸臂梁(4)與基座(I)的連接端，支塊ニ(6)設(shè)于支塊ー(5)與質(zhì)量塊(3)之間，基座(I)兩側(cè)設(shè)有光纜接頭(7)，光纖(8)通過兩個(gè)光纜接頭(7)且固定于支塊一(5)和支塊ニ(6)上,光柵柵區(qū)(9)位于支塊一(5)和支塊ニ(6)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度FBG加速度傳感器，其特征是:所述光柵設(shè)有預(yù)拉伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度FBG加速度傳感器，其特征是:所述基座(I)底部設(shè)有ー個(gè)限位螺釘(10)，限位螺釘(10)的中心位置與質(zhì)量塊(3)的集中載荷共線，限位螺釘(10)的端面與質(zhì)量塊(3)之間設(shè)有間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度FBG加速度傳感器，其特征是:所述基座(I)采用鋁合金材質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度FBG加速度傳感器，其特征是:所述基座(I)和上蓋(2)形成的空間內(nèi)的螺紋連接處設(shè)有螺紋密封膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度FBG加速度傳感器，其特征是:所述基座(I)和上蓋(2)形成的空間內(nèi)部設(shè)有潤滑油阻尼液。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種高靈敏度FBG加速度傳感器，包括基座、上蓋，基座和上蓋之間通過螺釘連接，基座和上蓋形成的空間內(nèi)設(shè)有懸臂梁，懸臂梁一端與基座螺紋連接，另一端與質(zhì)量塊螺紋連接，質(zhì)量塊處于懸空狀態(tài)，懸臂梁上設(shè)有兩個(gè)支塊，其中支塊一設(shè)于懸臂梁與基座的連接端，支塊二設(shè)于支塊一與質(zhì)量塊之間，基座兩側(cè)設(shè)有光纜接頭，光纖通過兩個(gè)光纜接頭且固定于支塊一和支塊二上，光柵柵區(qū)位于支塊一和支塊二之間。實(shí)用新型有益的效果是本實(shí)用新型光柵柵區(qū)兩端固定在懸臂梁與支塊之間，提高了傳感器的靈敏度，避免了出現(xiàn)啁啾或多峰現(xiàn)象，推導(dǎo)了設(shè)計(jì)計(jì)算的力學(xué)模型，對(duì)傳感器進(jìn)行了過載安全保護(hù)設(shè)計(jì)、光柵預(yù)拉伸設(shè)計(jì)等；采用有限元分析計(jì)算得出了懸臂梁應(yīng)變分布情況及6階固有頻率，證明分析結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算吻合。
文檔編號(hào)G01P15/03GK202916297SQ201220546839
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者賈淑紅, 劉兵, 王曉宇, 王侃 申請(qǐng)人:浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院