[發明專利]基于懸臂梁撓度的光纖光柵加速度計

無效

• 申請號: 200710065322.4
• 申請日: 2007-04-11
• 公開（公告）號: CN101285846A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 張文濤;李芳;劉育梁
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01P15/00
• 分類號: G01P15/00;B81B7/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及光纖傳感器技術領域，尤其涉及一種基于懸臂梁撓度的光纖光柵加速度計。

背景技術

光纖傳感器與對應的常規傳感器相比，在靈敏度、動態范圍、可靠性等方面也具有明顯的優勢，在國防、軍事應用領域顯得尤為突出，被許多國家列為重點發展的國防技術。

光纖加速度計是利用光纖的傳光特性以及它與周圍環境相互作用產生的種種調制效應，探測地面、空氣中或者海底的振動等信號的儀器。它與傳統的壓電類加速度計相比，有以下主要優勢：頻帶寬、聲壓靈敏度高、不受電磁干擾、重量輕、可設計成任意形狀，以及兼具信息傳感及光信息傳輸于一身等優點。

鑒于光纖加速度計的如上技術優勢，可滿足各發達國家在石油、軍事等領域的要求，目前已經在此方面積極展開研究。

在常見的強度調制型、數字式、光纖光柵式光纖加速度計中，光纖光柵式加速度計由于其體積小、易于復用的特點得到了廣泛的關注。

余有龍等人報道了一種光纖光柵加速度計，是采用在將光纖光柵粘接在懸臂梁表面的方法。當懸臂梁發生振動時，其表面會有周期性的壓拉應變，光纖光柵通過檢測懸臂梁表面的應變來實現振動的測量。該種技術方案一方面光纖光柵的柵區直接被膠封裝，容易使光纖光柵產生啁啾，另一方面為了使加速度和傳感器的輸出保持線性關系，懸臂梁的撓度不能過大，從而限制了傳感器的靈敏度。

因此，如何改進光纖光柵加速度計的封裝形式以及提高光纖光柵加速度計的靈敏度，是光纖光柵加速度計大規模應用必需解決的重要技術問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于懸臂梁撓度的光纖光柵加速度計，以提高光纖光柵加速度計的靈敏度并改進光纖光柵加速度計的封裝工藝。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種基于懸臂梁撓度的光纖光柵加速度計，該光纖光柵加速度計包括：

作為該光纖光柵加速度計支撐結構的外殼1，具有第一側壁m、第二側壁n、第三側壁p和第四側壁q；

用于測量加速度的光纖光柵2，該光纖光柵2的一端與質量塊5固定連接，另一端平行于第一側壁m穿過所述光纖光柵加速度計第二側壁n上的孔6并延伸至所述光纖光柵加速度計的外部；

一端水平固定于所述光纖光柵加速度計第三側壁p上的懸臂梁3，用于將振動信號傳遞給光纖光柵2；

固定于所述懸臂梁3另一端的質量塊5，用于調整光纖光柵加速度計的靈敏度和自振頻率。

上述方案中，所述孔6位于光纖光柵加速度計的第二側壁n上，用于引出和固定光纖光柵2的尾纖。

上述方案中，所述光纖光柵2垂直于懸臂梁3，具有一定的初始應力。

上述方案中，所述質量塊5的質量遠大于懸臂梁3的質量，用于減小光纖光柵加速度計的非線性效應。

上述方案中，當所述光纖光柵振動傳感器受到振動激勵時，所述懸臂梁3和質量塊5構成一個彈簧-質量系統，質量塊5在垂直于懸臂梁3的方向起振，帶動懸臂梁3產生一定的撓度，懸臂量3的振動使得光纖光柵2中產生和振動頻率一致的周期性變化的軸向應力。

上述方案中，所述懸臂梁3通過支座4水平固定于光纖光柵加速度計的第三側壁p上。

上述方案中，所述光纖光柵加速度計通過調節質量塊5的質量或改變懸臂梁3的材料和結構參數來改變光纖光柵加速度計的靈敏度和自振頻率。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

1、本發明提供的基于懸臂梁撓度的光纖光柵加速度計，通過將懸臂梁的撓度轉化為光纖光柵的軸向位移，相比于表面粘貼的方式，對于同樣大小的振動信號，光纖光柵中將產生更大的應變，使光纖光柵加速度計具有較高的靈敏度。

2、本發明提供的基于懸臂梁撓度的光纖光柵加速度計，通過在光纖光柵的兩端進行固定的方式，在避免光纖光柵產生啁啾的同時簡化了封裝的工藝，制作工藝簡單。

3、本發明提供的基于懸臂梁撓度的光纖光柵加速度計，由于可以方便的通過調節質量塊5的質量或改變懸臂梁3的材料和結構參數來改變傳感器的靈敏度和自振頻率，靈敏度和自振頻率易于調節。

附圖說明

圖1為本發明提供的基于懸臂梁撓度的光纖光柵加速度計結構的俯視圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。