[發(fā)明專利]基于應(yīng)變啁啾效應(yīng)的溫度不敏感FBG加速度傳感器及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010896834.0
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111879970B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張瑞蕾;唐彥東;單維鋒;劉海軍;李忠;李海君;劉京會
• 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;G01H9/00;G01V1/18
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.基于應(yīng)變啁啾效應(yīng)的溫度不敏感FBG加速度傳感器，其特征是，包括：質(zhì)量塊、M形懸臂梁、底座及均勻周期光纖光柵；

所述底座的一側(cè)豎直固定有支撐桿，所述支撐桿的一端固定安裝有M形懸臂梁，所述M形懸臂梁遠(yuǎn)離支撐桿的一端安裝有質(zhì)量塊；

所述M形懸臂梁由兩個對稱的等強(qiáng)度三角形組成，所述均勻周期光纖光柵斜向粘貼在M形懸臂梁的非均勻應(yīng)變梯度區(qū)域。

2.如權(quán)利要求1所述的基于應(yīng)變啁啾效應(yīng)的溫度不敏感FBG加速度傳感器，其特征是，所述加速度傳感器的固有頻率大于地震信號頻率的1.5倍。

3.如權(quán)利要求2所述的基于應(yīng)變啁啾效應(yīng)的溫度不敏感FBG加速度傳感器，其特征是，所述加速度傳感器的固有頻率在獲取時，基于懸臂梁初始參數(shù)與傳感器固有頻率的關(guān)系，分別求固有頻率對懸臂梁寬度、厚度、長度的偏導(dǎo)數(shù)，可知參數(shù)變化對固有頻率的影響。

4.如權(quán)利要求3所述的基于應(yīng)變啁啾效應(yīng)的溫度不敏感FBG加速度傳感器，其特征是，所述加速度傳感器中當(dāng)一個漸變的應(yīng)變軸向施加在光纖光柵上，光柵的各小段被施加以不同的應(yīng)變，所以各小段FBG波長產(chǎn)生不同的波長漂移，形成帶寬反射光譜。

5.如權(quán)利要求4所述的基于應(yīng)變啁啾效應(yīng)的溫度不敏感FBG加速度傳感器，其特征是，所述加速度傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化時，通過改變寬度、厚度對固有頻率和反射帶寬進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，對數(shù)據(jù)擬合后整理到同一坐標(biāo)系中，得懸臂梁寬度、厚度對固有頻率和反射帶寬的影響，確定懸臂梁的寬度、厚度及長度。

6.如權(quán)利要求4所述的基于應(yīng)變啁啾效應(yīng)的溫度不敏感FBG加速度傳感器，其特征是，所述加速度傳感器結(jié)構(gòu)應(yīng)變分析時，建立相關(guān)約束條件，在懸臂梁的左端施加固定約束，設(shè)定懸臂梁與質(zhì)量塊連接面為完全綁定支撐約束，在懸臂梁自由端添加集中載荷為標(biāo)準(zhǔn)地球重力加速度，通過網(wǎng)格劃分對模型進(jìn)行靜應(yīng)力仿真分析。

7.基于權(quán)利要求1-6任一所述的基于應(yīng)變啁啾效應(yīng)的溫度不敏感FBG加速度傳感器的測量方法，其特征是，適用于以地震信號作為激振源時建筑物的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，包括：

當(dāng)傳感器受到外界振動信號激勵時，其自由端的質(zhì)量塊隨慣性力振動，振動誘發(fā)M形懸臂梁產(chǎn)生應(yīng)變；

M形懸臂梁的不同層面產(chǎn)生的應(yīng)變以中性面為對稱面，其上產(chǎn)生拉應(yīng)變，其下產(chǎn)生壓應(yīng)變并呈梯度分布；

此應(yīng)變被傳遞到光纖光柵，引起均勻周期FBG的啁啾效應(yīng)，表現(xiàn)為光纖光柵的反射帶寬增寬，同時其反射光功率隨著帶寬的變化而改變。

8.傳感器實驗測試系統(tǒng)，其特征是，包括寬帶光源、耦合器、振動臺系統(tǒng)、光功率計、光譜分析儀；寬帶光源的光波通過耦合器輸送至振動臺系統(tǒng)上的權(quán)利要求1-6任一所述的加速度傳感器，光纖光柵的反射光通過同一個光纖耦合器進(jìn)入光譜分析儀或光功率計，通過光譜分析儀測量傳感器的反射譜帶寬，利用帶寬的變化驗證啁啾效應(yīng)的發(fā)生；通過光功率計測量傳感器的反射光功率，結(jié)合光柵啁啾法實現(xiàn)加速度的測量。