[發明專利]光纖光柵加速度傳感器

在審

• 申請號: 202010112019.0
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111239438A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 張華;胡賓鑫;宋廣東;朱峰;王紀強;劉統玉
• 申請（專利權）人: 山東省科學院激光研究所
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03;G01H9/00
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本發明公開一種光纖光柵加速度傳感器，包括殼體，設置在殼體內部的傳感組件，以及，計算單元；傳感組件包括：與殼體底部連接的板簧；與板簧頂部連接的質量塊；梁體，梁體包括第一臂和第二臂，第一臂和第二臂通過轉動件連接，轉動件固定在殼體的側壁，第二臂遠離轉動件的一端與質量塊的頂部連接；懸置在梁體上方的光纖測量裝置，光纖測量裝置包括光柵測量裝置，以及分別與光柵測量裝置和計算單元連接的光纖，計算單元根據光柵測量裝置的光參量的漂移量，計算被測結構的加速度。本發明中光纖是懸置在殼體內，不會出現光柵啁啾現象或反射波多峰現象，抗橫向振動干擾，頻帶寬，具有較高的靈敏度和頻率響應范圍，提高了單一方向振動加速度的測量精度。

技術領域

本發明涉及振動監測技術領域，尤其涉及一種光纖光柵加速度傳感器。

背景技術

對于一些環境復雜的大型地質結構，比如隧道和礦山等，需要定期進行振動監測，預先將用于測量振動參數的傳感器埋設在地質結構內部，當地質結構中產生地震波時，地震波傳遞到傳感器中，傳感器即可測量振動參數，從而發現地質結構中潛伏的地震活動，達到預警和防災的目的。

加速度是常規的振動參數之一，用于反映地震波的沖擊力，目前多采用光纖光柵加速度傳感器來測量加速度，光纖光柵具有抗電磁干擾、防爆和耐高溫等優點，可以適應于地質結構的復雜和惡劣環境，當埋設在地質結構內部的光纖光柵加速度傳感器檢測到振動信號時，光纖光柵的光參量會發生相應的變化，通過解調光參量的變化，即可獲取大型結構工程振動的加速度。

圖1示出一種光纖光柵加速度傳感器的結構，光纖光柵101粘貼于懸臂梁201的固定端(Fi)的表面上，懸臂梁201的自由端(Fr)與質量塊結構301柔性連接，質量塊結構301的振動使懸臂梁201發生彎曲，從而使光纖光柵101的中心波長發生漂移，通過檢測中心波長的漂移量即可計算地質結構振動的加速度。但是由于光纖光柵101是直接粘貼在懸臂梁201上，懸臂梁201的力學特性會導致光纖光柵101的柵格周期沿軸向變化，即出現光柵啁啾現象，從而導致測量結果不準確。

發明內容

本發明提供一種光纖光柵加速度傳感器，以解決加速度測量準確性低的問題。

第一方面，本發明提供的一種光纖光柵加速度傳感器，包括：殼體，設置在所述殼體內部的傳感組件，以及，計算單元；所述傳感組件包括：

與所述殼體底部連接的板簧，所述板簧為至少一層彈簧鋼疊加而成的板狀彈性件；

與所述板簧頂部連接的質量塊；

梁體，所述梁體包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂通過轉動件連接，所述轉動件固定在所述殼體的側壁，所述第二臂遠離轉動件的一端與所述質量塊的頂部連接；

懸置在梁體上方的光纖測量裝置，所述光纖測量裝置包括光柵測量裝置，以及，分別與所述光柵測量裝置和所述計算單元連接的光纖。

所述計算單元用于根據所述光柵測量裝置的光參量的漂移量，計算被測結構的加速度。

第一方面中，將傳感器放置于被測結構中，當被測結構受到外界振動時，傳感器隨被測結構一并振動，使得質量塊受到慣性力而發生振動，驅動梁體中的第一臂繞轉動件產生一定的角位移，從而使光柵測量裝置因受到拉伸而產生形變，這樣光柵的光參量就會產生漂移，通過光參量的漂移量可以解調出被測結構的加速度。本發明中光纖光柵是懸置在殼體內，不會出現光柵啁啾現象或反射波多峰現象，第二臂與板簧通過質量塊連接，板簧是具有相對較大尺寸和剛度彈性件，可以降低質量塊受到的橫向振動干擾，并且板簧中的干擾振動經質量塊衰減后，再傳遞至第二臂，使得第二臂所受的橫向振動干擾被大幅度降低，提高了單一方向上振動加速度的測量精度，頻帶寬，并具有較高的靈敏度和頻率響應范圍。

第二方面，本發明提供的一種光纖光柵加速度傳感器，包括：殼體，設置在所述殼體內部的傳感組件，以及，計算單元；所述傳感組件包括：