表示為：
[0047] 假設(shè)懸臂梁200沒有凸臺211、212,其他參數(shù)與有凸臺情況一樣，光纖光柵206封 裝在懸臂梁200的表面。在這種情況下，N值為零，于是懸臂梁200的彎曲所引起的光纖光 柵206上的應(yīng)變則變?yōu)椋?br>[0048] 對比公式
（6)和（7)，可以明顯看到：有凸臺時光纖光柵上的應(yīng)變是沒有凸臺時光 纖光柵上的應(yīng)變的（1+2N)倍。因此，當(dāng)振動測量元件的其他尺寸確定時，增大N值可以提 高一個加速度a產(chǎn)生的應(yīng)變ε，從而提高光纖光柵振動傳感器的靈敏度。光纖光柵振動傳 感器在X軸方向、Υ軸方向和Ζ軸方向這三個方向上的振動測量元件的凸臺的高度可以分 別被選擇，從而在這三個方向上的靈敏度分別都能夠得到提高。凸臺在生產(chǎn)加工過程中，根 據(jù)不同的靈敏度需求而可以加工成具有不同的高度，但是第一凸臺和第二凸臺的高度總是 保持相同。因此，可以提供一系列高度不同的凸臺，以提供具有一系列靈敏度的光纖光柵振 動傳感器。
[0049] 由于根據(jù)實(shí)際需要在X軸方向、Y軸方向和Z軸方向上的測量靈敏度可能要求不 同，也可能相同，所以在X軸方向、Y軸方向和Z軸方向這三個方向上的振動測量元件各自 的凸臺的高度可以相互獨(dú)立地選擇設(shè)置成相同或者不同，從而分別適應(yīng)不同方向上的振動 測量靈敏度的需求。
[0050] 盡管本發(fā)明的三軸光纖光柵振動傳感器可以同時測量三個振動方向上的振動量， 但是可以應(yīng)用該三軸光纖光柵振動傳感器僅僅測量任一方向上的振動量。
[0051] 圖3是本發(fā)明的三軸光纖光柵振動傳感器316在鐵軌振動測量應(yīng)用中的一個應(yīng)用 的示意圖。
[0052] 該圖是安裝有三軸光纖光柵振動傳感器316的鐵軌的側(cè)視圖。鐵軌313兩側(cè)分別 通過安裝螺釘314固定到軌枕上。三軸光纖光柵振動傳感器316通過抱裝件315安裝在鐵 軌313的下方。鐵路沿線的落石會沖擊軌枕系統(tǒng)而引起振動，三軸光纖光柵振動傳感器316 可以測量鐵路方向的振動。由于落石沖擊軌枕系統(tǒng)的角度和落點(diǎn)不同，會引起鐵軌在三個 軸方向的振動不同，因此需要從鐵軌的三個軸向振動情況來綜合判定落石情況。如果判定 是落石引起的振動，就及時報警。三軸光纖光柵振動傳感器316可以同時測量鐵軌在三個 軸向的任一方向的振動情況。
[0053] 本發(fā)明的三軸光纖光柵振動傳感器316還可以應(yīng)用在電力、石油、石化、交通和建 筑等各個工業(yè)領(lǐng)域。
[0054] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光纖光柵振動傳感器（100)，包括： 基座（120);和 振動測量元件（141、142、143) 及 光纖光柵（171、172、173); 其中， 振動測量元件在軸向上安裝在基座的安裝面（131、132、133)上； 振動測量元件包括第一凸臺和第二凸臺（21U212); 振動測量元件的第一凸臺側(cè)的一端固定安裝在安裝面上，振動測量元件的第二凸臺側(cè) 的一端懸空；并且 光纖光柵在軸向上封裝在振動測量元件上，用于感測在該軸向上的振動。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵振動傳感器（100)，其中第一凸臺和第二凸臺高度 相同，且根據(jù)不同的靈敏度需求選取不同的高度值，其中所述高度確定光纖光柵振動傳感 器在軸向上的靈敏度的放大系數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖光柵振動傳感器（100)，其中第一 凸臺和第二凸臺的高度5是振動測量元件的懸臂梁的厚度h的N倍： 塞:=?，其中N為大于零的數(shù)值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光柵振動傳感器（100)，其中所述N的取值范圍在1-3 之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光柵振動傳感器（100)，其中振動測量元件的懸臂梁 (200)的彎曲所引起的光纖光柵（171、172、173、206)上的應(yīng)變表示為：其中： h為懸臂梁的厚度； 5為凸臺的高度； P為懸臂梁的曲率半徑； M為慣性力的力矩； E為懸臂梁材料的楊氏模量； J為懸臂梁的慣性矩； L為懸臂梁長度； F為懸臂梁受到的慣性力；b為懸臂梁的寬度； m為懸臂梁的末端等效質(zhì)量； a為外界振動的加速度； N為凸臺的高度6除W懸臂梁的厚度h的比值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的光纖光柵振動傳感器（100)，其中 所述基座被加工有H個相互垂直的安裝面，每個安裝面在軸向上均安裝有一個振動測 量元件； H個安裝面上的H個振動測量元件被安裝成在空間上相互垂直；并且H個振動測量元件所封裝的H個光纖光柵串接在一起。7. 根據(jù)權(quán)利要求6中所述的光纖光柵振動傳感器（100)，其中 H個振動測量元件其中至少之一的凸臺的高度被不同地設(shè)置，W便為光纖光柵振動傳 感器在相應(yīng)的軸向上提供相對應(yīng)的靈敏度。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖光柵振動傳感器（100)，其中 所述光纖光柵通過引出光纖（190)連接到光纖光柵解調(diào)儀，用于傳遞所述光纖光柵感 測到的振動，W便光纖光柵解調(diào)儀計(jì)算各軸向的振動量。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖光柵振動傳感器（100)，其中 所述光纖光柵振動傳感器被安裝在鐵軌下，用于測量鐵軌在H個軸向的振動。10. -種用于光纖光柵振動傳感器（100)的振動測量元件（141、142、143)，其中所述振 動測量元件在軸向上安裝在光纖光柵振動傳感器的基座的安裝面（131、132、133)上； 所述振動測量元件包括： 懸臂梁彎曲中必層（242); 第一凸臺和第二凸臺（211、212)，位于懸臂梁彎曲中必層上；和 光纖光柵； 其中所述光纖光柵在軸向上封裝在第一凸臺和第二凸臺上，用于感測在該軸向上的振 動； 振動測量元件的第一凸臺側(cè)的一端用于固定安裝在安裝面上，振動測量元件的第二凸 臺側(cè)的一端懸空。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的振動測量元件，其中第一凸臺和第二凸臺高度相同，且根 據(jù)不同的靈敏度需求選取不同的高度值，其中所述高度確定光纖光柵振動傳感器在軸向上 的靈敏度的放大系數(shù)。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的振動測量元件，其中第一凸臺和第二凸臺的高度5是振動 測量元件的懸臂梁的厚度h的N倍；5 =妍1，其中N為大于零的數(shù)值。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的振動測量元件，其中所述N的取值范圍在1-3之間。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的振動測量元件，其中振動測量元件的懸臂梁（200)的彎曲 所引起的光纖光柵（171、172、173、206)上的應(yīng)變表示為：其中： h為懸臂梁的厚度； 5為凸臺的高度； P為懸臂梁的曲率半徑； M為慣性力的力矩； E為懸臂梁材料的楊氏模量； J為懸臂梁的慣性矩； L為懸臂梁長度； F為懸臂梁受到的慣性力；b為懸臂梁的寬度； m為懸臂梁的末端等效質(zhì)量； a為外界振動的加速度； N為凸臺的高度6除W懸臂梁的厚度h的比值。
【專利摘要】本發(fā)明涉及光纖光柵振動傳感器及其振動測量元件，提供了一種光纖光柵振動傳感器(100),包括：基座（120）；和振動測量元件（141、142、143）；以及光纖光柵(171、172、173);其中，振動測量元件在軸向上安裝在基座的安裝面（131、132、133）上；振動測量元件包括第一凸臺和第二凸臺（211、212）；振動測量元件的第一凸臺側(cè)的一端固定安裝在安裝面上，振動測量元件的第二凸臺側(cè)的一端懸空；并且光纖光柵在軸向上封裝在振動測量元件上，用于感測在該軸向上的振動。本發(fā)明的技術(shù)效果至少在于：能夠分別調(diào)解軸向的振動靈敏度，以適應(yīng)不同場合的測量需要。
【IPC分類】G01H9/00
【公開號】CN105371939
【申請?zhí)枴緾N201410419902
【發(fā)明人】毛獻(xiàn)輝, 姜婷, 翟江蘭, 叢宇殊
【申請人】同方威視技術(shù)股份有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2014年8月25日
【公告號】WO2016029814A1