[發明專利]一種小型光纖光柵二維振動傳感器

有效

• 申請號: 201711229418.X
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108007553B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 宋涵;婁平;周祖德;譚躍剛;劉明堯;李瑞亞;嚴俊偉;楊泓雨
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 王丹

本發明提供一種小型光纖光柵二維振動傳感器，包括殼體、殼體內的光纖和位于光纖上的光柵，殼體內設有彈性體，彈性體包括2個上下交叉布置的兩個柔性鉸鏈，以兩個柔性鉸鏈的彎折方向為x軸和y軸，使得彈性體能夠繞x軸和y軸擺動；彈性體上還設有用于安設和固定所述光纖的槽，以及用于放置所述光柵的間隙；光柵為4個，槽和間隙使得：當彈性體繞x軸擺動時，有1個光柵軸向拉伸、1個光柵軸向收縮；當彈性體繞y軸擺動時，有1個光柵軸向拉伸、1個光柵軸向收縮；4個光柵為光纖布拉格光柵，且4個光柵的中心波長各不相同。本發明通過利用帶雙柔性鉸鏈的彈性體測量相互垂直的兩個方向的振動加速度參量，整體結構簡單、體積小巧、裝配方便。

技術領域

本發明涉及光纖光柵振動傳感器技術領域，具體涉及一種小型光纖光柵二維振動傳感器。

背景技術

在一些應用場合，如汽車、機器人、航空航天等領域常需要對加速度進行二維或多維度測量。常用的二維振動傳感器包含兩種，一種是基于電測式的，具有測量范圍廣、靈敏度與分辨率高、應用廣泛等優點，但是其也具有抗電磁干擾能力差、嚴酷環境下存在安全隱患等不足。另一類是基于光纖光柵（FBG）式的，具有抗電磁干擾、可靠性高、易于復用等特點，是光纖傳感領域的研究熱點之一。目前許多基于FBG設計的二維振動傳感器存在體積大、響應頻率低的問題，不適用于一些測量場合要求傳感器具有小尺寸、高頻率響應特點，因此使得FBG振動傳感器的應用場合有局限性。

專利號CN201611157807.1中設計了一種量程可調的光纖光柵二維振動傳感器，通過調整螺桿上質量環的位置達到調節傳感器量程的目的。但是，這種傳感器尺寸體積較大，使用工作頻率較低，并且由于彈性體3與基座間采用螺栓固定，穩定性較差。專利號CN201510003824.9中設計了一種具有溫度補償的光纖光柵二維振動傳感器，這種傳感器通過設置參考光纖光柵，對感應光柵做差分處理消除溫度的影響，這種方案可以提高傳感器抗溫度干擾的特性，但是光纖在彈性體上的布設復雜，且同樣具有體積較大、工作頻率較低的缺點。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是，針對上述現有光纖光柵二維振動傳感器存在的體積大、頻率響應低以及加工裝配復雜的問題，提出一種小型光纖光柵二維振動傳感器。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種小型光纖光柵二維振動傳感器，包括殼體、殼體內的光纖和位于光纖上的光柵，其特征在于：所述的殼體內設有彈性體，彈性體包括2個上下交叉布置的兩個柔性鉸鏈，以兩個柔性鉸鏈的彎折方向為x軸和y軸，使得彈性體能夠繞x軸和y軸擺動；

彈性體上還設有用于安設和固定所述光纖的槽，以及用于放置所述光柵的間隙；所述的光柵為4個，所述的槽和間隙使得：當彈性體繞x軸擺動時，有1個光柵軸向拉伸、1個光柵軸向收縮；當彈性體繞y軸擺動時，有1個光柵軸向拉伸、1個光柵軸向收縮；

所述的4個光柵為光纖布拉格光柵，且4個光柵的中心波長各不相同。

按上述方案，所述的彈性體還包括與殼體的底部固定連接的基座、中間的連接塊、以及上部的質量塊；其中，基座與連接塊之間通過一個所述的柔性鉸鏈連接，連接塊與質量塊通過另一個所述的柔性鉸鏈連接；所述的槽設置在質量塊與基座上，所述的間隙位于質量塊與基座之間；所述的基座、連接塊、質量塊和柔性鉸鏈為一體化結構。

按上述方案，所述的x軸和y軸之間為90度；以所述光柵的軸向為z軸，z軸與所述的x軸和y軸分別垂直；所述的槽沿z軸方向圓周均勻分布在所述的質量塊和基座的表面。

按上述方案，所述的殼體頂部設有端蓋。

按上述方案，所述的殼體上設有光纖引出孔，所述的光纖從其中一個光纖引出孔中穿入、沿彈性體的槽繞過并固定后從另一個光纖引出孔中穿出，所述的光柵在初始狀態下加預應力固定；所述的初始狀態為彈性體無任何擺動狀態。

按上述方案，所述的彈性體和殼體為金屬材料。