光纖光柵微振動傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于微弱振動信號檢測的光纖光 柵微振動傳感器。 技術(shù)背景
[0002] 光纖光柵微振動傳感器是利用外界信號調(diào)制于光纖布拉格光柵，導(dǎo)致光纖布拉格 光柵中應(yīng)變發(fā)生變化，從而導(dǎo)致反射光的中心波長發(fā)生變化，通過探測中心波長的變化探 測外界微弱振動信號的加速度量的傳感器。光纖光柵微震動傳感器相對于常規(guī)的電磁類 傳感器，在靈敏度、大動態(tài)范圍、可靠性、復(fù)用能力等方面具有明顯的優(yōu)勢，可應(yīng)用于設(shè)備的 微弱振動監(jiān)測、微地震監(jiān)測、振動安防等領(lǐng)域，成為高性能微振動傳感器發(fā)展的一個重要方 向。
[0003] 黃云崗等一種基于光纖光柵的光纖微振動傳感器，利用懸浮光纖光柵與被測物的 共振對被測物的振動幅度進行放大，但光纖光柵自身質(zhì)量輕、剛度大，且應(yīng)變不均勻，因此 該結(jié)構(gòu)靈敏度放大有限，靈敏度較低，光柵光譜容易展寬，造成信號失真。
[0004] 王兵等報道了一種光纖傳感式油氣探測地震檢波器探頭，采用L型梁結(jié)構(gòu)，通過L 型梁的放大作用，可以獲得很高的靈敏度。采用該種結(jié)構(gòu)的高靈敏度傳感器，結(jié)合高分辨率 波長解調(diào)技術(shù)，可以實現(xiàn)微振動信號的探測，但該種傳感器在受到較大振動沖擊時，極易將 光纖拉斷，由于光纖的允許伸長量極其微弱，且L型梁等機械結(jié)構(gòu)的位移受光纖伸長量的 限制，非常微小，因此需要極其精密的機械結(jié)構(gòu)來限制振動幅度，一般難以實現(xiàn)。此外，該種 結(jié)構(gòu)也會放大外界溫度變化對光纖光柵波長的影響，導(dǎo)致較高的溫度漂移。
[0005] 張文濤等報道了一種溫度不敏感的光纖光柵加速度傳感器，采用安裝在轉(zhuǎn)軸上的 L型杠桿放大靈敏度，并通過高熱膨脹系數(shù)彈簧進行溫度補償。該種傳感器很難徹底消除L 型杠桿與轉(zhuǎn)軸之間的摩擦，因此存在響應(yīng)閾值，不適合對微弱振動信號進行探測。此外，該 種傳感器也存在受到較大沖擊時，容易拉斷光纖的問題。
[0006] 因此，如何改進光纖光柵微振動傳感器的結(jié)構(gòu)，在有效放大靈敏度的同時，使其在 受到較大振動沖擊時不易損壞，提高可靠性，并兼具溫度不敏感和低響應(yīng)閾值的特性，以滿 足實際工程應(yīng)用的需要，是該類傳感器實用化需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種光纖光柵微振動傳感器，兼具高靈敏度、抗振動 沖擊、溫度不敏感和低響應(yīng)閾值的特性，以滿足實際應(yīng)用的需要。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種光纖光柵微振動傳感器， 其特征在于，它包括：一支座，支座為U字型結(jié)構(gòu)，具有第一側(cè)壁和第二側(cè)壁，第一側(cè)壁的內(nèi) 側(cè)具有第一臺階；第二側(cè)壁頂端有向第一側(cè)壁延伸的橫梁，在第二側(cè)壁的外側(cè)設(shè)置有第二 臺階和第三臺階，在第二臺階上設(shè)置有調(diào)節(jié)梁，在第三臺階上固定設(shè)置有補償柱；第二側(cè)壁 上開有豎直槽；在支座上設(shè)置有倒T型的彈性片，彈性片的頭部固定在第一側(cè)壁內(nèi)側(cè)的第 一臺階上，彈性片的尾部固定連接上質(zhì)量塊和下質(zhì)量塊，上質(zhì)量塊和下質(zhì)量塊對稱安裝于 彈性片上下兩側(cè)；彈性片的中部設(shè)置有一向上的折起片，在折起片上設(shè)置有第一微孔；調(diào) 節(jié)梁包括豎板和橫板，豎板底部設(shè)置有凸緣，在第二臺階上設(shè)置有導(dǎo)槽，凸緣與導(dǎo)槽相適配 使調(diào)節(jié)梁的凸緣在導(dǎo)槽中樞轉(zhuǎn)；調(diào)節(jié)梁的豎板頂部設(shè)置有第二微孔，調(diào)節(jié)梁的豎板通過第 一緊固螺釘與支座的第二側(cè)壁連接，調(diào)節(jié)梁和第二側(cè)壁之間設(shè)置有第一彈性墊片，第一緊 固螺釘使第一彈性墊片產(chǎn)生形變；調(diào)節(jié)梁的橫板通過第二緊固螺釘與補償柱連接，且第二 緊固螺釘與調(diào)節(jié)梁的橫板之間裝有第二彈性墊片，第二緊固螺釘穿過第二彈性墊片和橫板 旋入到補償柱上的螺紋孔中；光纖光柵依次穿過第一微孔，豎直槽和第二微孔，并在第一微 孔處與折起片固定在一起，在第二微孔處與調(diào)節(jié)梁固定在一起。
[0009] 本方案的具體特點還有，所述彈性片為中間帶有折起的長方型薄片，所述折起片 通過在彈性片上切割并向上彎折形成。
[0010] 在彈性片上設(shè)置有調(diào)節(jié)框，用于調(diào)節(jié)彈性片的抗彎強度。
[0011] 所述上質(zhì)量塊上開有供光纖光柵穿過的第一長槽，在下質(zhì)量塊上開有與第一長槽 對應(yīng)的第二長槽。
[0012] 所述補償柱由高膨脹系數(shù)材料制成，即補償柱所用材料的膨脹系數(shù)大于支座所用 材料的膨脹系數(shù)2倍以上。
[0013] 對所述光纖光柵中施加一定的預(yù)拉力，且預(yù)拉力大于傳感器最大量程對應(yīng)的光纖 光柵的拉伸量。
[0014] 在橫梁上安裝有至少一個限位螺釘，限位螺釘下端位于上質(zhì)量塊的上方。
[0015] 所述橫梁與限位螺釘之間裝有第三彈性墊片。
[0016] 本發(fā)明具有以下有益效果：1、本發(fā)明提供的這種光纖光柵微振動傳感器，由上下 質(zhì)量塊和彈性片構(gòu)成靈敏度放大結(jié)構(gòu)，可以獲得很高的靈敏度，沒有摩擦，理論響應(yīng)閾值為 零，同時采用倒T型結(jié)構(gòu)的彈性片，使上下質(zhì)量塊與光纖之間，存在彈性緩沖，從而使質(zhì)量 塊的振動幅度不受光纖伸長量的限制，上下質(zhì)量塊可以具有較大的位移，這就大大降低了 限振的難度和實現(xiàn)成本，進而通過橫梁限振結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了上下質(zhì)量塊振動幅度的限制，保證 在傳感器受到較大振動沖擊時，不會拉斷光纖，提高了傳感器的可靠性。
[0017] 2、本發(fā)明提供的這種光纖光柵微振動傳感器，可以方便的通過改變彈性片上方框 的寬度、折起的寬度以及上下質(zhì)量塊的質(zhì)量，改變傳感器的靈敏度和諧振頻率，特別是可以 通過調(diào)節(jié)以上參數(shù)，使傳感器工作在諧振頻率，利用諧振進一步提高靈敏度，而由于存在有 效的限振結(jié)構(gòu)，不會損壞傳感器。
[0018] 3、本發(fā)明提供的這種光纖光柵微振動傳感器，補償柱隨溫度變化產(chǎn)生的形變可以 通過調(diào)節(jié)梁的L型結(jié)構(gòu)放大，改變光纖光柵的拉伸狀態(tài)，從而補償傳感器整體結(jié)構(gòu)隨溫度 變化產(chǎn)生形變造成的光纖光柵波長變化以及光纖光柵本身波長的溫度漂移。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明提供的光纖光柵微振動傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明提供的 光纖光柵微振動傳感器的正視圖。圖3是本發(fā)明提供的光纖光柵微振動傳感器的支架10 的剖視圖。圖4是本發(fā)明提供的光纖光柵微振動傳感器的彈性片20機械加工件的正視圖。 圖5是本發(fā)明提供的光纖光柵微振動傳感器的彈性片20的示意圖。圖6是本發(fā)明提供的 光纖光柵微振動傳感器的調(diào)節(jié)梁40的示意圖。圖7是本發(fā)明提供的光纖光柵微振動傳感 器的補償柱50的剖視圖。圖8是本發(fā)明提供的光纖光柵微振動傳感器的上質(zhì)量塊30的示 意圖。
[0020] 圖中：10_支座；11-第一側(cè)壁；12-第二側(cè)壁；13-第一臺階；14-橫梁；15-第二臺 階；16-第三臺階；17-導(dǎo)槽；18-豎直槽；20-彈性片；21-折起片；22-第一微孔；23-調(diào)節(jié) 框；24-方框；30-上質(zhì)量塊；31-下質(zhì)量塊；32-第一長槽；40-調(diào)節(jié)梁；41-第一緊固螺釘； 42-第一彈性墊片；43-第二彈性墊片；44-第二緊固螺釘；45-第二微孔；46-凸緣；50-補 償柱；60-光纖光柵；70-限位螺釘；71-第三彈性墊片。
【具體實施方式】
[0021] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0022] 如圖1-2所不，本發(fā)明提供的一種光纖光柵微振動傳感器，它包括：一支座10,如 圖3所示，支座10為u字型結(jié)構(gòu)，具有第一側(cè)壁11和第二側(cè)壁12,第一側(cè)壁11的內(nèi)側(cè)具有 第一臺階13 ;第二側(cè)壁12頂端有向第一側(cè)壁11延伸的橫梁14,在第二側(cè)壁12的外側(cè)設(shè)置 有第二臺階15和第三臺階16,在第二臺階15上設(shè)置有調(diào)節(jié)梁40,在第三臺階16上固定設(shè) 置有補償柱50 ;第二側(cè)壁12上開有豎直槽18,以便于光纖光柵60穿過；在支座10上設(shè)置 有倒T型的彈性片20,彈性片20的頭部固定在第一側(cè)壁11內(nèi)側(cè)的第一臺階13上，彈性片 20的尾部固定連接上質(zhì)量塊30和下質(zhì)量塊31，上質(zhì)量塊30和下質(zhì)量塊31對稱安裝于彈 性片20上下兩側(cè)，用于拾取振動信號；增大上質(zhì)量塊30和下質(zhì)量塊31的質(zhì)量，可以提高傳 感器的靈敏度，若所需上質(zhì)量塊30高度大于折起片21高度，則如圖8所示，上質(zhì)量塊30上 進一步開有第一長槽32,以便光纖光柵60穿過，下質(zhì)量塊31上進一步開有與第一長槽32 類似的第二長槽33,以保證質(zhì)量分布關(guān)于彈性片20對稱。如圖4-5所示，彈性片20的中部 設(shè)置有一向上的折起片21，在折起片21上設(shè)置有第一微孔22,用于固定光纖光柵60 ; 如圖6所示，調(diào)節(jié)梁40包括豎板和橫板，豎板底部設(shè)置有凸緣46,在第二臺階上設(shè)置有 導(dǎo)槽17,凸緣46與導(dǎo)槽17相適配使調(diào)節(jié)梁的凸緣46在導(dǎo)槽17中樞轉(zhuǎn)；調(diào)節(jié)梁40的頂部 設(shè)置有第二微孔45。
[0023] 如圖1所示，調(diào)節(jié)梁40通過第一緊固螺釘41與支座10的第二側(cè)壁12連接，調(diào)節(jié) 梁40和第二側(cè)壁12之間設(shè)置有第一彈性墊片42,第一緊固螺釘41使第一彈性墊片42產(chǎn) 生形變；橫板通過第二緊固螺釘44與補償柱50連接，且第二緊固螺釘44與橫板之間裝有 第二彈性墊片43,第二緊固螺釘44穿過第二彈性墊片43和橫板旋入到補償柱上的螺紋孔 中，第二緊固螺釘44使第二彈性墊片43產(chǎn)生形變；光纖光柵60依次穿過第一微孔22,豎直