[實(shí)用新型]一種小型光纖光柵加速度計(jì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520037083.1
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN204347061U
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊;胡正良;胡永明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03
• 代理公司: 國防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 李振

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型光纖光柵加速度計(jì)。

背景技術(shù)

光纖光柵加速度計(jì)是一種基于光纖光柵傳感的新型加速度計(jì)，主要應(yīng)用于低頻和高精度檢測領(lǐng)域，如航空航天、地震檢波、石油勘探等。光纖光柵加速度計(jì)結(jié)構(gòu)形式多種多樣，主要有彈簧振子式、彈性梁式、光柵嵌入式和彈性膜片式。它們大都是基于慣性單元(通常為慣性質(zhì)量塊)隨外界振動產(chǎn)生加速運(yùn)動導(dǎo)致與之固連的光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變，從而使光纖光柵光譜改變進(jìn)行加速度傳感的。

目前，彈簧振子式光纖光柵加速度計(jì)研究較多，它一般由質(zhì)量塊、彈性體和光纖光柵組成，彈性體的形式又分為彈簧、彈性片、彈性殼(管)、和彈性柱。通常，光纖光柵一端固定于加速度計(jì)外殼，一端固定于質(zhì)量塊；彈性體兩端分別與加速度計(jì)外殼和質(zhì)量塊連接。光纖光柵和彈性體或位于質(zhì)量塊的同側(cè)，或位于質(zhì)量塊的兩側(cè)，忽略因加速度計(jì)封裝帶來的軸向尺寸，加速度計(jì)的軸向尺寸主要由刻有光纖光柵的光纖、彈性體和質(zhì)量塊的軸向組合尺寸決定。目前的研究多關(guān)注于加速度計(jì)的靈敏度和諧振頻率等指標(biāo)的優(yōu)化，極少考慮加速度計(jì)的小型化設(shè)計(jì)。而對一些空間受限的應(yīng)用領(lǐng)域，加速度計(jì)的小型化非常具有實(shí)際意義。由于加速度計(jì)靈敏度和諧振頻率是一對此消彼長的量，與其各部件尺寸有密切關(guān)系。考慮到應(yīng)用中的傳感性能要求，加速度計(jì)尺寸通常都會進(jìn)行折中設(shè)計(jì)，即兼顧靈敏度和諧振頻率指標(biāo)，以滿足應(yīng)用需求為主，但其尺寸卻無法無限縮小。因此如何在保證光纖光柵加速度計(jì)傳感性能不受影響的條件下實(shí)現(xiàn)其小型化，對相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域具有重要實(shí)際意義。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對光纖光柵加速度計(jì)的小型化應(yīng)用需求，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種基于彈性金屬殼結(jié)構(gòu)的小型化光纖光柵加速度計(jì)，在保證加速度計(jì)良好性能的前提下，通過傳感結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)將加速度計(jì)軸向尺寸有效縮小。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的具體技術(shù)方案如下：

一種小型光纖光柵加速度計(jì)，該裝置由光纖光柵1、一號金屬套管2、二號金屬套管3、基座4、金屬殼5、質(zhì)量塊6組成；

所述一號金屬套管2和二號金屬套管3用于封裝光纖光柵1，起到保護(hù)光纖光柵1并提供光纖光柵1與質(zhì)量塊6和基座4的粘接點(diǎn)的作用，所述光纖光柵1的兩端穿過一號金屬套管2和二號金屬套管3并采用粘結(jié)的方式分別固定在一號金屬套管2和二號金屬套管3上，所述一號金屬套管2通過一號粘接點(diǎn)7與質(zhì)量塊6粘接；二號金屬套管3通過二號粘接點(diǎn)8與基座4粘接；

所述基座4由兩段橫截面不同的圓柱體組成，其中，橫截面較小的一段圓柱體401嵌入金屬殼5一端并通過粘接方式將其固定，橫截面較大的一段圓柱體402用于給加速度計(jì)提供支撐，基座4中心開有貫穿小孔403，用于為二號套管3提供粘結(jié)點(diǎn)；

所述金屬殼5為內(nèi)部中空的薄壁金屬圓柱筒，采用彈性性能良好的金屬材料加工而成，起到彈簧的作用；

所述質(zhì)量塊6采用高密度金屬材料，作為振子，該質(zhì)量塊6由四段橫截面不同的圓柱體組成，將其從上往下分別命名為一號圓柱體601、二號圓柱體602、三號圓柱體603和四號圓柱體604，其中，一號圓柱體601起到保護(hù)光纖的作用，同時為一號套管2提供粘結(jié)點(diǎn)；二號圓柱體602和三號圓柱體603形成臺階狀，二號圓柱體602用于給加速度計(jì)提供支撐，三號圓柱體603嵌入金屬殼5另一端并通過粘接方式將其固定，四號圓柱體604作為質(zhì)量塊6重量的主體部分，用于提供足夠的重量；質(zhì)量塊6中心開有一貫穿小孔605，用于提供光纖光柵1穿過的通道。

上述方案中，所述質(zhì)量塊6的圓柱體直徑從大到小排序依次為：二號圓柱體602、三號圓柱體603、四號圓柱體604、一號圓柱體601。

上述方案中，所述金屬殼5的內(nèi)徑與所述質(zhì)量塊6的三號圓柱體603和所述基座4的圓柱體401的直徑相同。

上述方案中，所述質(zhì)量塊6的四號圓柱體604的軸向長度大于一號圓柱體601、二號圓柱體602和三號圓柱體603的軸向長度之和。

上述方案中，所述質(zhì)量塊6的三號圓柱體603、四號圓柱體604和所述基座4的圓柱體401的軸向尺寸之和小于所述金屬殼5的軸向尺寸。

上述方案中，所述基座4的小孔403和所述質(zhì)量塊6的小孔605孔徑相同且同軸。

上述方案中，所述光纖光柵1、所述一號金屬套管2和二號金屬套管3的總長度小于所述加速度計(jì)的軸向長度。

上述方案中，所述一號金屬套管2和二號金屬套管3的內(nèi)徑和外徑均相同，其內(nèi)徑略大于所用光纖光柵1的直徑。

上述方案中，所述小孔403和605的內(nèi)徑略大于所述一號金屬套管2和二號金屬套管3的外徑。