[實(shí)用新型]雙光纖光柵加速度計(jì)探頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120441637.6
• 申請(qǐng)日: 2011-11-09
• 公開（公告）號(hào): CN202285022U
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國利;劉旭明;周洪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 金陵科技學(xué)院
• 主分類號(hào): G01P15/03
• 分類號(hào): G01P15/03
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 王玉梅

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及光纖光柵傳感技術(shù)、工程力學(xué)和光電檢測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域，是一種不受電磁干擾、尺寸小、能自動(dòng)消除溫度噪聲的具有較高測(cè)量靈敏度和分辨率的加速度傳感器探頭。

背景技術(shù)

混凝土堤壩、衛(wèi)星發(fā)射臺(tái)和海上開采平臺(tái)等大型工程結(jié)構(gòu)中由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生一種振幅微小(10-8-10-10m)應(yīng)力波。這種應(yīng)力波振動(dòng)頻率一般在100Hz以下，它廣泛存在于工程應(yīng)用領(lǐng)域中，它反映了處于微振物體的本質(zhì)狀態(tài)特征，而表征這種應(yīng)力波最直接的參數(shù)是其振動(dòng)加速度。通過對(duì)加速度進(jìn)行精確測(cè)量可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)體的狀態(tài)分析和故障診斷。振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行拾取主要依靠電磁類加速度傳感器來實(shí)現(xiàn)，雖然電磁類加速度傳感器已在振動(dòng)測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用，但是其自身存在的諸多缺陷使得電磁類加速度傳感器在振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用受到很大的限制，如電磁干擾和溫度噪聲不能從根本上消除，信號(hào)之間的串音、測(cè)量探頭復(fù)雜，以及電線總體積大、布置空間容易受到等問題難以解決。近年來，許多光纖傳感器被應(yīng)用于振動(dòng)監(jiān)測(cè)和信息采集中，并受到廣泛關(guān)注和大力推廣，其中光纖布拉格光柵(fiber?Bragg?grating，F(xiàn)BG)傳感器最具有發(fā)展前景。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種雙光纖光柵加速度計(jì)探頭，其基于光纖布拉格光柵(簡(jiǎn)稱光纖光柵)設(shè)計(jì)，不但能實(shí)現(xiàn)低頻振動(dòng)加速度的測(cè)量，同時(shí)具有尺寸小，質(zhì)量輕，不受電磁干擾，不受光路中功率波動(dòng)影響等優(yōu)點(diǎn)，還能自動(dòng)消除溫度噪聲和相位噪聲的影響，具有較高的測(cè)量靈敏度和分辨率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：一種雙光纖光柵加速度計(jì)探頭，包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有簡(jiǎn)支梁和慣性質(zhì)量塊；簡(jiǎn)支梁的數(shù)量為2個(gè)，上下平行的安裝于殼體中；慣性質(zhì)量塊固定于兩個(gè)簡(jiǎn)支梁之間；上簡(jiǎn)支梁的上表面以及下簡(jiǎn)支梁的下表面上分別固定1個(gè)光纖光柵，兩個(gè)光纖光柵相互平行設(shè)置，且豎直方向投影相互重合；兩個(gè)光纖光柵位于同一側(cè)的端部通過光纖相互連接，另一側(cè)的端部通過光纖連接殼體外部。

作為一種改進(jìn)，本實(shí)用新型還包括基座，基座連接殼體下端，基座上表面中心與殼體下端面中心重合；基座的底面積大于殼體下端面的面積。基座與殼體可以為整體結(jié)構(gòu)，基座的設(shè)置可使得本實(shí)用新型在應(yīng)用時(shí)更好的避免其它振動(dòng)造成的干擾，保證測(cè)量的靈敏度和精確度。

作為一種改進(jìn)，本實(shí)用新型中所述2個(gè)簡(jiǎn)支梁均為矩形截面簡(jiǎn)支梁，各簡(jiǎn)支梁的兩端分別固定于殼體的兩側(cè)部。采用矩形截面的簡(jiǎn)支梁，可以使得兩個(gè)簡(jiǎn)支梁與圓柱體振子即慣性質(zhì)量塊之間“線”接觸，保證簡(jiǎn)支梁的應(yīng)變?yōu)榫€性應(yīng)變，為分析提供便利。進(jìn)一步的，當(dāng)矩形截面的兩個(gè)簡(jiǎn)支梁之間設(shè)置的慣性質(zhì)量塊為圓柱體時(shí)，慣性質(zhì)量塊的軸向平行于簡(jiǎn)支梁的表面，并垂直于簡(jiǎn)支梁的長度方向。簡(jiǎn)支梁的長度方向即以固定于殼體上的兩個(gè)端部作為端點(diǎn)的方向。

優(yōu)選的，本實(shí)用新型中兩個(gè)光纖光柵在同一根光纖上制成，光纖光柵的制作為現(xiàn)有技術(shù)；這一根光纖可穿過兩個(gè)簡(jiǎn)支梁，使得其上兩個(gè)光纖光柵位置對(duì)稱、相互平行的分別固定于上簡(jiǎn)支梁的上表面和下簡(jiǎn)支梁的下表面上，可采用粘貼或者其他形式進(jìn)行固定。此外，如果不使用同一根光纖制成，只要保證所采用的兩個(gè)光纖光柵的類型、性能相同即可，引出到殼體外的光纖端部為信號(hào)輸出端。

優(yōu)選的，本實(shí)用新型所述慣性質(zhì)量塊為圓柱體，其徑向截面以及軸向皆垂直于簡(jiǎn)支梁的長度方向；慣性質(zhì)量塊的直徑等于上下簡(jiǎn)支梁之間的距離。圓柱體的慣性質(zhì)量塊較之其它形狀可以使得測(cè)量的靈敏度更高，另一方面，其外輪廓可較好的緩沖簡(jiǎn)支梁的受力，使得簡(jiǎn)支梁的壽命較長，進(jìn)而也保證了本實(shí)用新型的使用壽命。

進(jìn)一步的，本實(shí)用新型所述慣性質(zhì)量塊位于上下簡(jiǎn)支梁之間、簡(jiǎn)支梁長度方向的中間部位，可提高本實(shí)用新型的靈敏性。

本實(shí)用新型的有益效果為：本加速度計(jì)探頭采用光纖光柵作為敏感元件，免受電磁干擾，適合于復(fù)雜電磁環(huán)境使用；本傳感探頭是將加速度引起的簡(jiǎn)支梁應(yīng)變量轉(zhuǎn)換為光纖光柵的中心波長漂移量，不受測(cè)量系統(tǒng)中光路功率波動(dòng)影響；本傳感探頭采用雙光纖光柵結(jié)構(gòu)，將簡(jiǎn)支梁的壓縮應(yīng)變和拉伸應(yīng)變分別作用于兩個(gè)光纖光柵，而溫度變化對(duì)光纖光柵中心波長的影響相同，這樣測(cè)量中能夠進(jìn)行溫度的自動(dòng)補(bǔ)償，克服了一般光纖光柵傳感器溫度、應(yīng)變交叉敏感問題；本加速度計(jì)探頭的雙光纖光柵結(jié)構(gòu)也將測(cè)量的靈敏度較單根光纖光柵提高一倍；本加速度計(jì)探頭結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，體積較小，易于形成分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行多點(diǎn)加速度測(cè)量，同時(shí)成本較低，安裝簡(jiǎn)單，易于推廣。

附圖說明

圖1所示為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2所示圖1的主視圖；

圖3所示為光纖光柵傳感系統(tǒng)示意圖。