[發明專利]一種應變懸臂光纖加速度傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410334817.2
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN105277739B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 黃輝;渠波;胡杰;郝建;占婷婷;劉蓬勃;白敏
• 申請（專利權）人: 黃輝;渠波;胡杰
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03
• 代理公司: 北京金之橋知識產權代理有限公司11137
• 代理人: 朱黎光

技術領域

本發明涉及一種光纖加速度傳感器及其制備方法，特別涉及一種應變懸臂光纖加速度傳感器及其制備方法，可用于檢測加速度和振動。

背景技術

對易燃易爆環境進行實時檢測，是保障環境安全的重要措施之一。由于電信號會引發燃燒和爆炸，傳統的電學量傳感器不適合在此環境下應用。

光纖傳感是以光為載體、光纖為媒介，感知和傳輸外界信號，具有體積小、重量輕、抗電磁干擾等優點。該傳感器可以承受高溫、高壓以及強烈的沖擊與振動等極端條件，可用于易燃易爆、高溫和高壓等環境中加速度、壓強、以及振動的檢測[IEEE Sensors Journal，vol.8，pp.1184-1193，2008]。

光纖加速度傳感器可主要分為：強度調制型，相位調制型，波長調制型等。其中，相位和波長調制型傳感器，靈敏度高。相位調制型加速度傳感器，通常采用光纖Mach-Zehnder干涉儀和邁克爾遜(Michelson)干涉儀結構，傳感器結構復雜，且信號易受外界干擾。波長調制型加速度傳感器，通常采用光纖光柵結構，需要可調諧激光器或光譜分析儀等來監控反射波長，因此系統價格昂貴。并且，單個傳感器通常只能檢測一個方向(即一個維度)的加速度。

專利200910189829.X公開了一種光纖加速度傳感器，其特征在于，包括光纖和彈性膜片；所述光纖端面與彈性膜片平行設置，構成法布里-珀羅腔；所述彈性膜片上設置有質量塊，用于在被測量物體的加速度作用下，產生慣性力作用于所述彈性膜片，使所述法布里-珀羅腔的長度依據被測量加速度的變化而改變，并通過所述光纖將變化的干涉光譜傳出。但是上述專利不能測量多個方向的加速度，所以能夠進行多維加速度探測，同時測量不同加速度的大小以及方向，結構簡單、同時具有高靈敏度的光纖加速度傳感器將是亟需解決的問題。

因此研發結構簡單、高靈敏度、多維度、低成本的光纖加速度傳感器，是本發明的創研動機。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種結構簡單、高靈敏度、低成本、并且在一個傳感器中就能進行多維度檢測的光纖加速度傳感器及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

一種應變懸臂光纖加速度傳感器，其特征在于：包括至少兩個可反射探測光束的應變懸臂，所述應變懸臂的一端固定在所述固定主體上，另一端設置有質量塊，所述質量塊的質量不同或者形狀不同；所述傳感器還包括可用于出射探測光束和接收經應變懸臂反射回的探測光束的光纖器件。

上述技術方案限定的傳感器采用光纖器件接收應變懸臂反射回的探測光束；所述應變懸臂的受力除了與加速度有關，還與質量塊的質量和形狀有關；依據應變懸臂上不同形狀的質量塊所產生的扭矩不同，采用多個應變懸臂和質量塊的組合，可以在一個傳感器中實現加速度的三維探測；所述的扭矩，與應變懸臂表面法線方向的質量塊高度有關；所述的應變懸臂，是懸置在光纖器件的端面附近，光纖器件出射的光束經應變懸臂反射后可以返回到光纖器件中實現檢測。

本發明涉及的一種應變懸臂光纖加速度傳感器，還可以具有以下附屬技術特征：

所述應變懸臂兩個為一組，設置有一組以上應變懸臂，根據應變懸臂上質量塊的質量不同或者形狀不同，受力時產生的扭矩不同實現多維檢測。所述的傳感器，一組應變懸臂可實現對兩個方向(垂直于和平行于應變懸臂表面的方向)的加速度進行辨別。集成在同一個傳感器中固定的應變懸臂數量可以多于兩個，用于對加速度的方向進行三維識別。

所述應變懸臂上鍍有光學反射膜；所述光纖器件的端面與應變懸臂平行設置。所述光反射膜可以增加探測光束的反射率，增加所述光纖加速度計的靈敏度

所述應變懸臂與質量塊以粘著的方式連接或者為一體化連接。

所述質量塊或者應變懸臂上設置有可拆卸式裝置，所述可拆卸式裝置可以安裝或者拆卸附加質量塊。通過采用固有質量塊和附加質量塊相結合的設計方式，可以方便地調節所述光纖加速度傳感器的加速度靈敏度。

所述應變懸臂和質量塊為兩個，兩個質量塊的質量相等但形狀不同或者兩個質量塊的質量不等但形狀相同；可實現兩個方向的檢測。

所述光纖器件選自光纖、光纖準直器、拉錐光纖中的任一種；所述應變懸臂的形狀選自梯形、矩形、錐形、十字梁形中的任一種。

所述應變懸臂采用金屬應變片、鍍有金屬薄膜的無機玻璃應變片、鍍有金屬薄膜的有機薄膜應變片。

所述固定主體為套筒，所述套筒的端面為不銹鋼材料，所述套筒的內壁為石英材料。