[發(fā)明專利]基于膜片和橢圓鉸鏈的FBG加速度傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111533226.4
• 申請日: 2021-12-15
• 公開（公告）號: CN114217092A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁磊;張麗君;江軻;戴澍;葉天翊;樊林玉
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開了一種基于膜片和橢圓鉸鏈的FBG加速度傳感器，包括上膜片、下膜片、芯體和FBG光柵，芯體包括質(zhì)量塊、兩個支撐件和四個橢圓柔性鉸鏈；質(zhì)量塊連接上膜片和下膜片；兩個支撐件和四個橢圓柔性鉸鏈平均分為兩組，對稱分布在質(zhì)量塊的兩側(cè)；每組鉸鏈的第一橢圓柔性鉸鏈固定在質(zhì)量塊上，第二橢圓柔性鉸鏈水平固定在第一橢圓柔性鉸鏈的外側(cè)，支撐件則位于兩橢圓柔性鉸鏈之間；至少一個FBG光柵通過支撐件固定于橢圓柔性鉸鏈的上方。本發(fā)明在橢圓柔性鉸鏈的基礎(chǔ)上加以膜片提高傳感器振動系統(tǒng)的彈性剛度，從而提高工作頻率。另外，在同一根FBG上應(yīng)用多段光纖光柵，不僅能達(dá)到了靈敏度倍增的效果，還能可以消除噪聲，提高精度，減少誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖光柵傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于膜片和橢圓鉸鏈的FBG加速度傳感器。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的加速度傳感器多為電磁類傳感器，存在著電磁干擾大、在線監(jiān)測難、溫漂大等一系列的問題。與傳統(tǒng)的加速度傳感器相比，光纖布拉格光柵(FBG)加速度傳感器作為新型的傳感元件，采用光波長信號進(jìn)行信息傳遞，能很好的彌補電磁類傳感器的上述不足，具有抗電磁干擾(EMI)、易于遠(yuǎn)距離傳輸、在惡劣條件中長期穩(wěn)定等優(yōu)點。

目前常用的FBG加速度傳感器主要有懸臂梁式、彈性膜片式和鉸鏈?zhǔn)健；趹冶哿汉徒饘倌て降腇BG加速度傳感器由于其自身結(jié)構(gòu)的特點，工作帶寬都比較窄，只能用于低頻振動信號測試領(lǐng)域，并且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，封裝難度較大，限制了其應(yīng)用。而柔性鉸鏈由于無磨損，無機械摩擦，加工簡單等優(yōu)點，在光纖光柵加速度結(jié)構(gòu)中使用能夠提升其傳感器的性能。但目前的柔性鉸鏈應(yīng)用中，高頻與高靈敏度難以同時兼顧。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于膜片和橢圓鉸鏈的FBG加速度傳感器，解決高工作頻率與高靈敏度難以同時兼顧的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于膜片和橢圓鉸鏈的FBG加速度傳感器，包括上膜片、下膜片、芯體和FBG光柵，芯體包括質(zhì)量塊、兩個支撐件和四個橢圓柔性鉸鏈；

其中，質(zhì)量塊連接上膜片和下膜片；兩個支撐件和四個橢圓柔性鉸鏈平均分為兩組，對稱分布在質(zhì)量塊的兩側(cè)；每組橢圓柔性鉸鏈均包括第一橢圓柔性鉸鏈和第二橢圓柔性鉸鏈，第一橢圓柔性鉸鏈固定在質(zhì)量塊上，第二橢圓柔性鉸鏈水平固定在第一橢圓柔性鉸鏈的外側(cè)，支撐件則位于第一橢圓柔性鉸鏈和第二橢圓柔性鉸鏈之間；

至少一段FBG光柵通過支撐件固定于橢圓柔性鉸鏈的上方。

進(jìn)一步，上膜片與下膜片的厚度越厚，傳感器工作頻率越高；上膜片與下膜片的半徑越小，傳感器工作頻率越高。

進(jìn)一步，F(xiàn)BG光柵固定在質(zhì)量塊與支撐件之間。更進(jìn)一步，質(zhì)量塊與支撐件的頂部均設(shè)有凹槽，F(xiàn)BG光柵兩端固定在凹槽中。FBG光柵兩端通過粘貼劑353ND固定在質(zhì)量塊與支撐件頂部的凹槽中。

進(jìn)一步，該傳感器還包括用于封裝的外殼，外殼包括上端蓋、殼體和下端蓋，殼體連接上端蓋和下端蓋；殼體包括相互連接的上殼體和下殼體。下膜片通過激光焊接固定在下殼體的底部。更進(jìn)一步，F(xiàn)BG光柵為四個；其中兩個FBG光柵固定在質(zhì)量塊與支撐件之間，另兩個FBG光柵固定在支撐件與殼體之間。質(zhì)量塊和殼體上均設(shè)有光纖孔，支撐件上設(shè)有與光纖孔齊平的凹槽；四個FBG光柵位于同一條光纖上，該條光纖穿過并固定于光纖孔和凹槽。

進(jìn)一步，芯體一體成型。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果：