[實用新型]溫度不敏感FBG加速度傳感器及測試系統

有效

• 申請號: 202021864615.6
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN213275656U
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 洪利;張鈺梓;穆如旺;汪景元;張晉銓;弓子陽
• 申請（專利權）人: 防災科技學院
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03;G01H9/00;G01V1/18
• 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

本公開提出了溫度不敏感FBG加速度傳感器及測試系統，包括：質量塊、M形懸臂梁、底座及光纖光柵；所述底座的一側豎直固定有支撐桿，所述支撐桿的一端固定安裝有M形懸臂梁，所述M形懸臂梁遠離支撐桿的一端安裝有質量塊；所述M形懸臂梁由兩個對稱的等強度三角形組成，所述光纖光柵斜向粘貼在M形懸臂梁的非均勻應變梯度區域。本公開技術方案將光纖光柵粘貼在梁的應變非均勻區，通過施加拉伸載荷使光纖光柵產生啁啾效應，與單懸臂梁相比，具有強的抗扭能力。

技術領域

本公開屬于傳感器技術領域，尤其涉及基于應變啁啾效應溫度不敏感 FBG加速度傳感器。

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。

光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)加速度傳感器因其具有不受電磁干擾、靈敏度高、可遠距離傳輸和易于集成等優點，被廣泛應用于大型結構和基礎設施的健康監測領域中。地震災害對建筑物結構會造成不同程度的損傷，在地震災害發生前后利用FBG加速度傳感器獲取結構的自然頻率，掌握材料和結構的運行狀態，對建筑物早期結構損傷的鑒定和評估具有重要意義。

Antunes等提出一種高靈敏度L型懸臂梁結構，FBG在均勻應變作用下獲得600pm/g左右的高靈敏度，但由于溫度變化對其影響較大，限制了其在實際工程中的應用。針對溫度交叉敏感問題，Li等提出的一種基于膜片式具有溫度補償功能的FBG加速度傳感器，但靈敏度低至20.189pm/g。楊淑連等將FBG斜粘到矩形懸臂梁的側面，并對反射光譜進行分析，采用強度解調的方法實現傳感器的加速度測量，并對溫度不敏感。董新永等設計了一種直角三角形懸臂梁結構，將均勻周期FBG自調制成啁啾FBG，實現傳感器對溫度不敏感，但實驗證明傳感器反射帶寬隨溫度仍有變化。盡管近年來FBG加速度傳感器已經取得了一系列豐碩成果，然而，在實際建筑物結構健康監測時，解決溫度和應變的交叉敏感問題一直是阻礙FBG加速度傳感技術工程推廣應用的瓶頸問題。

實用新型內容

為克服上述現有技術的不足，本公開提供了基于應變啁啾效應溫度不敏感FBG加速度傳感器，解決了目前FBG加速度傳感器溫度和應變交叉敏感的問題。

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，公開了基于應變啁啾效應溫度不敏感FBG加速度傳感器，包括：質量塊、M形懸臂梁、底座及光纖光柵；

所述底座的一側豎直固定有支撐桿，所述支撐桿的一端固定安裝有M 形懸臂梁，所述M形懸臂梁遠離支撐桿的一端安裝有質量塊；

所述M形懸臂梁由兩個對稱的等強度三角形組成，所述光纖光柵斜向粘貼在M形梁的非均勻應變梯度區域。

第二方面，公開了基于應變啁啾效應溫度不敏感FBG加速度傳感器的測量方法，即梁的自由端發生位移時，不同層面上產生的應變以中性面為對稱面，其上產生拉應變，其下產生壓應變，應變呈梯度分布，此應變可引起均勻周期光纖布拉格光柵的啁啾效應，表現為光纖光柵的反射帶寬增寬，通過測量光纖光柵帶寬的大小可獲得對應加速度的值。適用于以地震信號作為激振源時建筑物的結構健康監測，包括：

當傳感器受到外界振動信號激勵時，其自由端的質量塊隨慣性力振動，振動誘發M形懸臂梁產生應變；

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

此應變被傳遞到光纖光柵，引起均勻周期FBG的啁啾效應，表現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。

以上一個或多個技術方案存在以下有益效果：

本公開技術方案將光纖光柵粘貼在梁的應變非均勻區，通過施加拉伸載荷使光纖光柵產生啁啾效應，與單懸臂梁相比，具有強的抗扭能力。