[發明專利]鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器、測試裝置及方法

在審

• 申請號: 202010895437.1
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111879968A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 蔡建羨;洪利;姚振靜;劉淑聰;吳燕雄;邱忠超
• 申請（專利權）人: 防災科技學院
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03;G01P21/00;G01H9/00;G01V1/18;G01V13/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明公開了鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器、測試裝置及方法，傳感器包括：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。

技術領域

本申請涉及光纖布拉格光柵加速度傳感器技術領域，特別是涉及鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器、測試裝置及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提到了與本申請相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

振動信號測量是微地震裂縫檢測、結構健康和機械狀態監測等領域中一項基礎且重要的環節，通過對振動信號進行實時監測，能及時了解到設備、環境和工程等實時狀態，有效避免了安全事故的發生。

傳統的振動傳感器大多基于壓電效應，但是這些電磁傳感元件輸出的電壓信號很弱，容易受到外界磁場干擾、接線繁瑣、零溫漂和長導線的快速信號衰減。這些缺點限制了它們在長期、遠距離監測中的實際應用，特別是在野外等惡劣環境中的應用。

光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)作為一類特殊的光纖傳感器，具有抗電磁干擾、抗光功率波動、體積小、重量輕等優點，已經被應用到各個領域之中。

作為FBG傳感器的一個分支，FBG加速度傳感器近年來取得了較大的發展。現有技術中的一種彈性鋼管結構的光纖光柵加速度，傳感器能在0～1200Hz有良好的線性響應，靈敏度能達到4.01pm/g。現有技術中的一種燈籠形金屬外殼的雙光纖光柵加速度傳感器，該傳感器具有較強的抗橫向干擾能力，其諧振頻率約為1175Hz，靈敏度為9.4pm/g。現有技術中的一種諧振頻率約為3000Hz的雙鉸鏈加速度計，可用于中高頻的測量。然而，發明人發現雖然上述傳感器能測量高振動頻率信號，但還存在加速度傳感器靈敏度低的問題。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本申請提供了鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器、測試裝置及方法；

第一方面，提供了鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器；

鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器，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。

第二方面，提供了鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器的性能分析方法；

鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器的性能分析方法，包括：

根據彈光系數、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、光纖應變、質量塊的重心、質量塊的長度、柔性鉸鏈的半徑和柔性鉸鏈的剛度，計算鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器的靈敏度；判斷鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器的靈敏度是否在設定范圍內，如果是，就進入下一步；

根據質量塊繞柔性鉸鏈中心轉動的轉動慣量和動力學方程，計算鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器的傳感器諧振頻率；判斷鉸鏈式高頻FBG加速度傳感器的傳感器諧振頻率是否在設定范圍內，如果是，就進入下一步；