[發(fā)明專利]鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器、測試裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010895437.1
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111879968A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡建羨;洪利;姚振靜;劉淑聰;吳燕雄;邱忠超
• 申請（專利權(quán)）人: 防災(zāi)科技學(xué)院
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03;G01P21/00;G01H9/00;G01V1/18;G01V13/00
• 代理公司: 濟南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

1.鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器，其特征是，包括：

L型基座，所述L型基座的第一端與柔性鉸鏈的第一端連接，柔性鉸鏈的第二端與質(zhì)量塊的第一端連接；所述L型基座的第二端與光纖支架的第一端固定連接；其中，光纖支架的第一端通過第一根光纖布拉格光柵加速度傳感器與質(zhì)量塊的第二端連接；光纖支架的第二端通過第二根光纖布拉格光柵加速度傳感器與質(zhì)量塊的第二端連接；所述第一根光纖布拉格光柵加速度傳感器的軸線方向和第二根光纖布拉格光柵加速度傳感器的軸線方向，均與柔性鉸鏈的軸線方向垂直。

2.如權(quán)利要求1所述的鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器，其特征是，

所述光纖支架上設(shè)有光纖溝槽，所述第一根光纖布拉格光柵加速度傳感器和第二根光纖布拉格光柵加速度傳感器，均安裝在光纖支架的光纖溝槽內(nèi)。

3.如權(quán)利要求1所述的鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器，其特征是，

所述鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器，L型基座、柔性鉸鏈、質(zhì)量塊和光纖支架是由一整塊彈簧鋼經(jīng)過線切割和熱處理加工而成，形成一個不可分割的整體。

4.如權(quán)利要求1所述的鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器，其特征是，鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器的工作原理是：

當(dāng)鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器敏感方向受到外力產(chǎn)生振動時，質(zhì)量塊在慣性力的作用下繞著柔性鉸鏈中心上下微幅轉(zhuǎn)動，帶動第一根光纖布拉格光柵加速度傳感器和第二根光纖布拉格光柵加速度傳感器發(fā)生軸向的微小伸縮形變，質(zhì)量塊上下兩端的第一根光纖布拉格光柵加速度傳感器和第二根光纖布拉格光柵加速度傳感器一端拉伸一端收縮；

因第一根光纖布拉格光柵加速度傳感器和第二根光纖布拉格光柵加速度傳感器的中心波長相近，各項特性均相同，所以第一根光纖布拉格光柵加速度傳感器和第二根光纖布拉格光柵加速度傳感器由軸向應(yīng)變產(chǎn)生的波長變化量大小相同，方向相反；

將第一根光纖布拉格光柵加速度傳感器和第二根光纖布拉格光柵加速度傳感器的反射譜差分運算，得到鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器的靈敏度；鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器的靈敏度，變?yōu)閱胃饫w布拉格光柵加速度傳感器的兩倍，并能消除溫度變化帶來的不利影響。

5.如權(quán)利要求1所述的鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器的性能分析方法，其特征是，包括：

根據(jù)彈光系數(shù)、第一根光纖布拉格光柵加速度傳感器的中心波長、第二根光纖布拉格光柵加速度傳感器的中心波長、光纖應(yīng)變、質(zhì)量塊的重心、質(zhì)量塊的長度、柔性鉸鏈的半徑和柔性鉸鏈的剛度，計算鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器的靈敏度；判斷鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器的靈敏度是否在設(shè)定范圍內(nèi)，如果是，就進(jìn)入下一步；

根據(jù)質(zhì)量塊繞柔性鉸鏈中心轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量和動力學(xué)方程，計算鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器的傳感器諧振頻率；判斷鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器的傳感器諧振頻率是否在設(shè)定范圍內(nèi)，如果是，就進(jìn)入下一步；

分析質(zhì)量塊的長度對鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器靈敏度和諧振頻率的影響、分析質(zhì)量塊的高度對鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器靈敏度和諧振頻率的影響、分析柔性鉸鏈的厚度對鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器靈敏度和諧振頻率的影響；綜合分析結(jié)果，得到質(zhì)量塊的長度、質(zhì)量塊的高度和柔性鉸鏈的厚度。

6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，所述性能分析方法還包括：

采用有限元分析方法對鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器進(jìn)行分析。

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，采用有限元分析方法對鉸鏈?zhǔn)礁哳lFBG加速度傳感器進(jìn)行分析；具體分析步驟包括：

在solidworks上進(jìn)行實體模型的建立，將建立的裝配模型導(dǎo)入到workbench中；

在ANSYS中對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將結(jié)果分為若干個單元，對殼體下表面和光纖支架施加固定約束，進(jìn)行模態(tài)分析；得到的傳感器多階諧振頻率。