[發明專利]一種中高頻橢圓鉸鏈雙光纖光柵加速度傳感器及測量方法

有效

• 申請號: 202010896491.8
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111879969B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 邱忠超;李亞南;洪利;孫睿;孟娟;韓智明
• 申請（專利權）人: 中國地震局地球物理研究所;防災科技學院
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03;G01P21/00;G01H9/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提出了一種中高頻橢圓鉸鏈雙光纖光柵加速度傳感器及測量方法，包括：橢圓鉸鏈、固定支架及質量塊；所述橢圓鉸鏈的一端與固定支架固連，所述橢圓鉸鏈的另一端連接至質量塊；所述固定支架及質量塊上下表面分別在同一平面上，同一平面的固定支架及質量塊之間且位于橢圓鉸鏈正上方及正下方分別粘貼有光纖光柵。基于橢圓鉸鏈的中高頻雙FBG加速度傳感器，在保證高精度的前提下，利用橢圓鉸鏈運動范圍大的優勢supgt;[12]/supgt;，提高傳感器的靈敏度，并采用差分法對反射波長進行解調，達到靈敏度倍增的目的。

技術領域

本公開屬于加速度傳感器技術領域，尤其涉及一種中高頻橢圓鉸鏈雙光纖光柵加速度傳感器及測量方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

高鐵、高架橋等基礎設施建設正在逐步推進，但是鐵路、橋梁中的高頻振動會嚴重影響結構健康。加速度是用來描述物體振動的參量之一，可以通過測量加速度來反映大型結構的振動情況。光纖布拉格光柵(Fiber?Bragg?Grating，FBG)加速度傳感器作為一種無源器件，與傳統機電式加速度傳感器相比，具有測量靈敏度高、電磁不敏感、可分布式測量等優點，非常適合應用于監測大型結構的中高頻振動。

中高頻振動是導致橋梁、隧道等大型結構發生劣化的主要原因，利用光學傳感器獲取物體振動頻率是監測大型結構高頻振動的重要手段。近年來，隨著FBG傳感技術的不斷發展，FBG加速度傳感器成為一個全新的研究方向，并且廣泛應用于地震監測、石油化工、國防安全、大型工程和基礎設施的健康監測等領域。王宏亮等人研制了一種等強度雙懸臂梁的光纖光柵加速度傳感器，利用ANSYS確定傳感器的最優參數，并實現50Hz以下的低頻信號的實時監測，靈敏度為20.85pm/m.s^-2。賈振安等人研制了一種懸臂梁式光纖光柵振動傳感器，該傳感器的諧振頻率為90Hz，平坦區域為10-50Hz，傳感器靈敏度為121pm/g²。OmPrakash等人設計了一種新型的雙L懸臂的光纖布拉格光柵加速度傳感器，與單L懸臂梁式光纖光柵加速度傳感器相比，該設計不僅增加了靈敏度，而且實現了溫度自補償，傳感器的靈敏度為406.7pm/g。Gutiérrez?N等人報道了一種基于六角形空心圓柱的光纖光柵加速度傳感器，該傳感器的特點是小型化、重量輕，但是這種設計降低了傳感器的靈敏度，實驗驗證該傳感器的靈敏度僅為19.65pm/g。

另外，中高頻傳感器的一個特點就是頻率和靈敏度成反比，早期的此類傳感器因上述客觀條件和當時的解調設備精度不足等原因沒有測量具體的靈敏度，近年來報道的中高頻光纖光柵加速度傳感器的靈敏度普遍不高。光纖光柵加速度傳感器的研究多集中在中低頻范圍，對中高頻光纖光柵加速度傳感器的研究相對較少。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本公開提供了一種中高頻橢圓鉸鏈雙光纖光柵加速度傳感器，在保證高精度的前提下，利用橢圓鉸鏈運動范圍大的優勢，提高傳感器的靈敏度。

為實現上述目的，本公開的一個或多個實施例提供了如下技術方案：

第一方面，公開了一種中高頻橢圓鉸鏈雙光纖光柵加速度傳感器，包括：橢圓鉸鏈、固定支架及質量塊；

所述橢圓鉸鏈的一端與固定支架固連，所述橢圓鉸鏈的另一端連接至質量塊；

所述固定支架及質量塊上下表面分別在同一平面上，同一平面的固定支架及質量塊之間且位于橢圓鉸鏈正上方及正下方分別粘貼有光纖光柵。

上述橢圓鉸鏈、固定支架及質量塊三者是在同一塊金屬材料上直接切割出來的。位置關系見圖1，三者材質相同，均為彈簧鋼。固定支架起一個固定傳感器和粘貼光纖的作用，橢圓鉸鏈作為彈性元件。質量塊用來提供牛頓第三定律的慣性。

第二方面，公開了一種中高頻橢圓鉸鏈雙光纖光柵加速度傳感器的測量方法，包括：