[發明專利]一種多方向檢測的光纖光柵加速度傳感器

有效

• 申請號: 202010589083.8
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111879966B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 王新國;李晨媛;吉新村;王德波
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01P15/093
• 分類號: G01P15/093;G01P15/18;G01P1/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 王麗霞

本發明公開了一種多方向檢測的光纖光柵加速度傳感器，該傳感器可同時檢測x、y、z三種不同方向的加速度大小。本發明是以一種封閉式直立殼體作為傳感器外殼，殼體內設有x、y、z三個不同方向的加速度傳感裝置。通過高速波長解調儀來檢測x、y、z三個不同方向上光纖光柵的中心波長偏移，從而計算出x、y、z方向上的加速度大小。這種多個光纖光柵的結構能夠同時考慮振動和溫度變化給加速度帶來的影響，故具有良好的溫度自補償功能。本發明的光纖光柵加速度傳感器結構新穎、易于集成、測量精度高，且應用領域廣泛。

技術領域

本發明屬于光纖光柵傳感技術領域，具體涉及一種多方向檢測的光纖光柵加速度傳感器。

背景技術

目前，在航空、航海以及市場工程應用等領域，對于振動加速度信號的精確測量提出了更高的要求。加速度信號測量的主要原理是：利用物體運動的慣性，進行間接性測量。傳統的電學加速度傳感器主要有：壓阻式加速度傳感器、壓電式加速度傳感器以及電容式加速度傳感器等。這類傳統的電學加速度傳感器技術在物體進行高速運動時，其電學性能不能保持穩定，易受電磁干擾，且僅適合于短距離傳輸。同時，傳統的電學加速度傳感器在加速度的測量精度上也存在著一定的局限性。而基于光纖光柵的傳感器利用光纖作為信號載體，能夠進行長遠距離的信號傳輸，且不產生電磁干擾，是一種低損耗的優良敏感元件。基于光纖光柵的傳感器的出現，為加速度的精確測量提供了新的思路。

現有技術的基于光纖光柵的加速度傳感器，均是利用質量塊在慣性作用下，壓縮或伸展彈簧/懸臂梁，從而引起光纖中傳輸信號的中心波長發生變化。通過監測這種變化，來得到物體此時運動的加速度大小。但上述技術存在著下列問題：（1）僅能測量某一方向上的加速度，對于多個不同方向上的加速度不能同時測得；（2）未能考慮到環境溫度對光纖中傳輸信號中心波長偏移的影響；（3）當物體運動的加速度過大時，容易對傳感光纖造成損壞，因此對傳感器加速度的測量范圍應加以限制，而現有技術均未考慮到加速度過大對光纖光柵傳感器造成的不良影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多方向檢測的光纖光柵加速度傳感器，以解決現有技術中存在的不能同時測得多個不同方向上的加速度的技術問題。該光纖光柵加速度傳感器通過實時檢測光纖中光的中心波長的變化情況來了解物體運動的加速度大小，具有較高的穩定性和精準度。

為解決上述技術問題，本發明采取如下技術方案：

一種多方向檢測的光纖光柵加速度傳感器，包括封閉式直立殼體，所述殼體內設有x方向加速度傳感裝置、y方向加速度傳感裝置和z方向加速度傳感裝置，x方向加速度傳感裝置包括第一光纖光柵、第一彈簧、第一尾纖、第一輕質木桿，第一光纖光柵沿x方向設置，第一光纖光柵與第一尾纖連接，第一尾纖穿出殼體左壁，第一彈簧緊緊纏繞在第一光纖光柵上，第一彈簧一端與殼體左壁連接，另一端與第一輕質木桿連接，第一輕質木桿與第一光纖光柵位于同一直線且能夠沿x方向來回移動；y方向加速度傳感裝置包括第二光纖光柵、第二彈簧、第二尾纖、第二輕質木桿，第二光纖光柵沿y方向設置，第二光纖光柵與第二尾纖連接，第二尾纖穿出殼體前壁，第二彈簧緊緊纏繞在第二光纖光柵上，第二彈簧一端與殼體前壁連接，另一端與第二輕質木桿連接，第二輕質木桿與第二光纖光柵位于同一直線且能夠沿y方向來回移動；z方向加速度傳感裝置包括第三光纖光柵、第三彈簧、第三尾纖和質量塊，第三光纖光柵沿z方向設置，第三光纖光柵與第三尾纖連接，第三尾纖穿出殼體底壁，第三彈簧緊緊纏繞在第三光纖光柵上，第三彈簧一端與殼體底壁連接，另一端與質量塊連接，質量塊與第三光纖光柵位于同一直線且能夠沿z方向來回移動。

進一步地，所述殼體內還設置有用于限制第一輕質木桿沿x方向移動的第一限位機構、用于限制第二輕質木桿沿y方向移動的第二限位機構，以及用于限制質量塊沿z方向移動的第三限位機構。

進一步地，所述第一限位機構包括沿x方向設置的第一單向滑軌和與第一單向滑軌兩端連接的兩個第一阻擋塊，兩個第一阻擋塊固定在所述殼體的頂壁，所述第一輕質木桿與所述第一單向滑軌連接且能夠沿著第一單向滑軌運動。