[發明專利]一種光纖光柵溫度自補償型加速度傳感器

無效

• 申請號: 201210283400.9
• 申請日: 2012-08-01
• 公開（公告）號: CN102809668A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 王川;盧麒羽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種光纖光柵溫度自補償型加速度傳感器。

背景技術

加速度傳感器是大型機械設備，運輸工具，振動測量、地震監測、導航與制導等領域中常用的重要傳感器。由于光纖光柵(Fiber?Bragg?Grating?-FBG)采用波長編碼，并可以采用各種復用技術實現多點及網絡化傳感系統且具有抗電磁干擾、體積小、質量輕、動態范圍大、能在惡劣環境下工作等優良特性，因而倍受發達國家軍事與工程領域的青睞。近年來，利用光纖光柵實現對加速度測量的加速度傳感器已經出現了多種結構形式。

Berkoff等人于1996年提出了一種光纖光柵振動加速度計的設計，此結構利用OFBG的壓力效應，但由于被測物體在振動過程中容易導致光柵的雙折射，致使反射譜的譜峰分裂，降低了此設計的光纖光柵加速度傳感器的測量精度

Todd等人于1998年開發出了基于雙撓性梁的光纖光柵加速度傳感器。由于選用雙撓性梁作為傳感器的彈性元件，此設計有利于降低傳感器的橫向串擾問題，但由于傳感光纖光柵產生了非均勻應變，致使加速度傳感器的測量精度降低。

Mita于2000年提出了一種由L型懸臂梁、質量塊和彈簧片構成的新型光纖光柵加速度傳感器。為了避免光纖光柵產生不均勻應變，該結構中采用了對光纖光柵預拉伸后直接固定在L型懸臂梁上的方式，選用彈簧片的目的是為了消除傳感器的橫向串擾問題。該結構傳感器的諧振頻率約為45Hz。

TengLi等人于2006年設計了主梁與微梁相結合的差動式光纖光柵加速度傳感器。此結構的最大特點是傳感器的靈敏度和諧振頻率互補影響，即增加傳感器的諧振頻率的同時不會以犧牲其靈敏度為代價。

Chen?Zhengbin等人于2008年提出了基于D型光纖光柵加速度傳感器。然后將進過特殊處理的光纖光柵封裝在等強度懸臂梁上，由于D型光纖光柵比普通光纖光柵的彎曲靈敏度要高很多，因此這種基于D型光纖光柵的加速度傳感器要比劉波等人提出的基于等強度懸臂梁的光纖光柵加速度傳感器的靈敏度高出許多。

張東生等人于2009年提出了基于毛細鋼管結構的光纖光柵加速度傳感器。他將兩根光纖光柵串聯熔接后封裝在毛細鋼管的內壁，質量塊穿過鋼管固定在兩個光纖光柵中間，由于鋼管的剛度系數非常大，因此此種封裝方式的諧振頻率非常高，

同年，Wang?Yongjie等人提出了基于活塞結構的光纖光柵加速度傳感器。在此結構中，他采用金屬彈簧作為加速度傳感器的彈性敏感元件，以光纖光柵作為傳感元件。此種活塞式結構很好的避免了交叉串擾的問題。

但是，以等強度梁懸臂式結構為基礎，通過光柵布置方法的改進而制成的溫度自補償型加速度傳感器幾乎為零。本發明中，通過在等強度梁上下表面分別粘貼光纖光柵并使之串聯在一起，實現了測量加速度時的溫度自補償，即環境溫度的變化不會對測量結果產生影響。這種光纖光柵溫度自補償加速度傳感器具有很高的測量精度，并且與普通加速度傳感器相比，穩定性更高，抗干擾能力更強，從而，可將其應用于溫度變化大，環境條件惡劣的測量環境中。現有的光纖光柵加速度傳感器因存在各種不足，限制了其使用，如采用復雜的結構形式，未考慮環境因素的影響，或者考慮了環境因素的影響，但補償效果不理想等等。因此，研究和開發新型的光纖光柵加速度傳感器有十分重要的社會經濟意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在等強度梁懸臂式結構中通過在梁的上下表面軸心處粘貼光纖光柵，在測量過程中可直接消去環境溫度變化對光纖光柵變形的影響，即溫度自補償型光纖光柵加速度傳感器。

本發明的目的是這樣實現的：

一種光纖光柵溫度自補償型加速度傳感器，包括等強度梁、兩條光纖光柵、金屬支座、金屬保護外殼和質量塊，等強度梁的一端與支座固定連接，第一號光纖光柵和第二號光纖光柵分別粘貼在等強度梁上下表面的軸線上，并將第一號和第二號光纖光柵串聯熔接，等強度梁的另外一端固定連接有質量塊，金屬保護外殼將等強度梁和質量塊封裝在內，在測量中，由于環境溫度變化使光纖光柵產生的波長變化量通過下面的方法進行消除，進而求得實際應變導致的波長變化量，從而實現溫度的自補償功能；

方法如下：