CN101285845B - 一种悬臂梁式光纤光栅加速度计 - Google Patents

一种悬臂梁式光纤光栅加速度计 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光纤传感器技术领域，公开了一种悬臂梁式光纤光栅加速度计，包括：作为该光纤光栅加速度计支撑结构的外壳；用于固定悬臂梁的支撑柱，该支撑柱一端固定连接于悬臂梁，另一端固定连接于所述光纤光栅加速度计的底侧面；悬臂梁；安装于悬臂梁上侧两端的第一凸台和第二凸台，用于水平固定光纤光栅，且使光纤光栅与悬臂梁具有一定的间隔；用于测量加速度的光纤光栅，其两端分别固定于悬臂梁上的第一凸台和第二凸台上，其中一端平行于悬臂梁表面延伸穿过所述光纤光栅加速度计侧壁上的孔至所述光纤光栅加速度计的外部；安装于悬臂梁下侧一端或两端的质量块，用于调整光纤光栅加速度计的灵敏度和自振频率。本发明提高了灵敏度，改进了封装工艺。

Description

一种悬臂梁式光纤光栅加速度计
技术领域
本发明涉及光纤传感器技术领域，尤其涉及一种悬臂梁式光纤光栅加速度计。
背景技术
光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面也具有明显的优势，在国防、军事应用领域显得尤为突出，被许多国家列为重点发展的国防技术。
光纤加速度计是利用光纤的传光特性以及它与周围环境相互作用产生的种种调制效应，探测地面、空气中或者海底的振动等信号的仪器。它与传统的压电类加速度计相比，有以下主要优势：频带宽、声压灵敏度高、不受电磁干扰、重量轻、可设计成任意形状，以及兼具信息传感及光信息传输于一身等优点。
鉴于光纤加速度计的如上技术优势，可满足各发达国家在石油、军事等领域的要求，目前已经在此方面积极展开研究。
在常见的强度调制型、数字式、光纤光栅式光纤加速度计中，光纤光栅式加速度计由于其体积小、易于复用的特点得到了广泛的关注。
余有龙等人报道了一种光纤光栅加速度计，是采用在将光纤光栅粘接在悬臂梁表面的方法。当悬臂梁发生振动时，其表面会有周期性的压拉应变，光纤光栅通过检测悬臂梁表面的应变来实现振动的测量。该种技术方案一方面光纤光栅的栅区直接被胶封装，容易使光纤光栅产生啁啾，另一方面为了使加速度和传感器的输出保持线性关系，悬臂梁的挠度不能过大，从而限制了传感器的灵敏度。
因此，如何改进光纤光栅加速度计的封装形式以及提高光纤光栅加速度计的灵敏度，是光纤光栅加速度计大规模应用必需解决的重要技术问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种悬臂梁式光纤光栅加速度计，以提高光纤光栅加速度计的灵敏度并改进光纤光栅加速度计的封装工艺。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种悬臂梁式光纤光栅加速度计，该光纤光栅加速度计包括：
作为该光纤光栅加速度计支撑结构的外壳1；
用于固定悬臂梁3的支撑柱2，该支撑柱2一端固定连接于悬臂梁3，另一端固定连接于所述光纤光栅加速度计的底侧面；
悬臂梁3，用作弹性元件；
安装于悬臂梁3上侧两端的第一凸台和第二凸台4，用于水平固定光纤光栅5，且使光纤光栅5与悬臂梁3具有一定的间隔；
用于测量加速度的光纤光栅5，该光纤光栅5的两端分别固定于悬臂梁3上的第一凸台和第二凸台4上，其中一端平行于悬臂梁3表面延伸穿过所述光纤光栅加速度计侧壁上的孔7至所述光纤光栅加速度计的外部；
安装于悬臂梁3下侧两端的质量块6，用于调整光纤光栅加速度计的灵敏度和自振频率。
上述方案中，所述孔7位于光纤光栅加速度计的侧壁上，用于引出和固定光纤光栅5的尾纤。
上述方案中，所述光纤光栅5平行于悬臂梁3，具有有一定的初始拉应力。
上述方案中，所述质量块6、第一凸台或第二凸台4的质量远大于悬臂梁3的质量，用于减小光纤光栅加速度计的非线性效应。
上述方案中，当该光纤光栅加速度计受到振动激励时，所述悬臂梁3和质量块6构成一个弹簧-质量系统，质量块6在垂直于悬臂梁3表面的方向起振，带动悬臂梁3产生一定的挠度，引起第一凸台与第二凸台之间的距离发生变化，悬臂量3的振动使得光纤光栅5中产生和振动频率一致的周期性变化的轴向应力。
上述方案中，所述光纤光栅加速度计通过调节质量块6的质量或改变悬臂梁3的材料和结构参数来改变光纤光栅加速度计的灵敏度和自振频率。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的悬臂梁式光纤光栅加速度计，通过在光纤光栅的两端进行固定的方式，在避免光纤光栅产生啁啾的同时简化了封装的工艺，制作工艺简单。
2、本发明提供的这种悬臂梁式光纤光栅加速度计，光纤光栅5的两端可以采用焊接或其它固定方式，避免在栅区用胶而造成的老化和蠕变等负面影响，提高了光纤光栅加速度计的可靠性。
3、本发明提供的这种悬臂梁式光纤光栅加速度计，由于可以方便的通过调节质量块6的质量或改变悬臂梁3的材料和结构参数来改变传感器的灵敏度和自振频率，灵敏度和自振频率易于调节。
附图说明
图1为依照本发明第一个实施例提供的悬臂梁式光纤光栅加速度计结构的侧视图；
图2为依照本发明第一个实施例提供的悬臂梁式光纤光栅加速度计结构的俯视图；
图3为依照本发明第二个实施例提供的悬臂梁式光纤光栅加速度计结构的侧视图；
图4为依照本发明第二个实施例提供的悬臂梁式光纤光栅加速度计结构的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1和图2所示，图1为依照本发明第一个实施例提供的悬臂梁式光纤光栅加速度计结构的侧视图，图2为依照本发明第一个实施例提供的悬臂梁式光纤光栅加速度计结构的俯视图。
从图1和图2可以看出，该悬臂梁式光纤光栅加速度计包括：作为该光纤光栅加速度计支撑结构的外壳1；用于固定悬臂梁3的支撑柱2，该支撑柱2一端固定连接于悬臂梁3，另一端固定连接于所述光纤光栅加速度计的底侧面；悬臂梁(3)，用作弹性元件；安装于悬臂梁3上侧两端的第一凸台和第二凸台4，用于水平固定光纤光栅5，且使光纤光栅5与悬臂梁3具有一定的间隔；用于测量加速度的光纤光栅5，该光纤光栅5的两端分别固定于悬臂梁3上的第一凸台和第二凸台4上，其中一端平行于悬臂梁3表面延伸穿过所述光纤光栅加速度计侧壁上的孔7至所述光纤光栅加速度计的外部；安装于悬臂梁3下侧一端的质量块6，用于调整光纤光栅加速度计的灵敏度和自振频率。
如图3和图4所示，图3为依照本发明第二个实施例提供的悬臂梁式光纤光栅加速度计结构的侧视图，图4为依照本发明第二个实施例提供的悬臂梁式光纤光栅加速度计结构的俯视图。悬臂梁3可以进一步作成相对于支撑柱2对称的结构，以提高传感器的灵敏度，在这种结构中，悬臂梁3的两端分别固定有质量相同的质量块6，用以调节光纤光栅加速度计的灵敏度和自振频率。
在上述两种实施例提供的光纤光栅加速度计中，孔7位于光纤光栅加速度计的侧壁上，用于引出和固定光纤光栅5的尾纤。光纤光栅5平行于悬臂梁3，不与悬臂梁3接触，通过第一凸台和第二凸台4固定在悬臂梁3上。光纤光栅5中具有一定的初始拉应力。
质量块6、第一凸台或第二凸台4的质量远大于悬臂梁3的质量，使悬臂梁3和凸台4的质量相对于质量块6很小，可以忽略，用于减小光纤光栅加速度计的非线性效应。
当该光纤光栅加速度计受到振动激励时，所述悬臂梁3和质量块6构成一个弹簧-质量系统，质量块6在垂直于悬臂梁3表面的方向起振，带动悬臂梁3产生一定的挠度，从而引起引起第一凸台与第二凸台之间的距离发生变化。由于光纤光栅5的两端分别固定在两个凸台4上，从而悬臂量3的振动使得光纤光栅5中产生和振动频率一致的周期性变化的轴向应力。对于光纤光栅，其反射波长的变化量与所受轴向应力成正比，故通过检测波长的变化量可以得到外界振动加速度的大小
另外，由于质量块6的质量将对加速度计的灵敏度和自振频率产生显著的影响，故可以通过调节质量块6的质量来改变传感器的灵敏度和自振频率。悬臂梁3的刚度同样可以决定传感器的灵敏度和自振频率，故改变悬臂梁3的材料和结构参数亦可以改变传感器的灵敏度和自振频率。因此，光纤光栅加速度计通过调节质量块6的质量或改变悬臂梁3的材料和结构参数来改变光纤光栅加速度计的灵敏度和自振频率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种悬臂梁式光纤光栅加速度计，其特征在于，该光纤光栅加速度计包括：
作为该光纤光栅加速度计支撑结构的外壳(1)；
用于固定悬臂梁(3)的支撑柱(2)，该支撑柱(2)一端固定连接于悬臂梁(3)，另一端固定连接于所述光纤光栅加速度计的底侧面；
悬臂梁(3)，用作弹性元件；
安装于悬臂梁(3)上侧两端的第一凸台和第二凸台(4)，用于水平固定光纤光栅(5)，且使光纤光栅(5)与悬臂梁(3)具有一定的间隔；
用于测量加速度的光纤光栅(5)，该光纤光栅(5)的两端分别固定于悬臂梁(3)上的第一凸台和第二凸台(4)上，其中一端平行于悬臂梁(3)表面延伸穿过所述光纤光栅加速度计侧壁上的孔(7)至所述光纤光栅加速度计的外部；
安装于悬臂梁(3)下侧两端的质量块(6)，用于调整光纤光栅加速度计的灵敏度和自振频率。
2.根据权利要求1所述的悬臂梁式光纤光栅加速度计，其特征在于，所述孔(7)位于光纤光栅加速度计的侧壁上，用于引出和固定光纤光栅(5)的尾纤。
3.根据权利要求1所述的悬臂梁式光纤光栅加速度计，其特征在于，所述光纤光栅(5)平行于悬臂梁(3)，具有有一定的初始拉应力。
4.根据权利要求1所述的悬臂梁式光纤光栅加速度计，其特征在于，所述质量块(6)、第一凸台或第二凸台(4)的质量远大于悬臂梁(3)的质量，用于减小光纤光栅加速度计的非线性效应。
5.根据权利要求1所述的悬臂梁式光纤光栅加速度计，其特征在于，当该光纤光栅加速度计受到振动激励时，所述悬臂梁(3)和质量块(6)构成一个弹簧-质量系统，质量块(6)在垂直于悬臂梁(3)表面的方向起振，带动悬臂梁(3)产生一定的挠度，引起第一凸台与第二凸台之间的距离发生变化，悬臂量(3)的振动使得光纤光栅(5)中产生和振动频率一致的周期性变化的轴向应力。
6.根据权利要求1所述的悬臂梁式光纤光栅加速度计，其特征在于，所述光纤光栅加速度计通过调节质量块(6)的质量或改变悬臂梁(3)的材料和结构参数来改变光纤光栅加速度计的灵敏度和自振频率。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011141445A1 (en) * 2010-05-11 2011-11-17 Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S Fibre optical accelerometer

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103465934B (zh) * 2009-11-30 2015-09-02 同方威视技术股份有限公司 铁路落石预警方法
CN102080986B (zh) * 2009-11-30 2012-11-14 同方威视技术股份有限公司 光纤光栅振动传感部件、光纤光栅振动传感装置、测振系统及方法
CN102087300B (zh) * 2010-11-11 2012-05-30 西北大学 一种基于金属波纹管结构的光纤光栅加速度传感器
CN102095892B (zh) * 2010-11-19 2012-07-25 中国计量学院 一种基于拉锥结构的光纤光栅加速度传感器
CN102147422B (zh) * 2011-01-04 2012-07-18 中国地质大学（武汉） 伺服式光纤布拉格光栅加速度传感器
CN102680073A (zh) * 2012-05-21 2012-09-19 天津大学 一种新型光纤测振仪器
CN102778598A (zh) * 2012-08-08 2012-11-14 上海森首光电科技有限公司 一种光纤光栅温度自补偿电流传感器
CN102901840A (zh) * 2012-10-22 2013-01-30 浙江建设职业技术学院 一种高灵敏度fbg加速度传感器
CN103162748B (zh) * 2013-02-04 2016-01-20 中国科学院半导体研究所 一种光纤浮子流量计
CN103217105B (zh) * 2013-03-19 2015-10-14 西安科技大学 一种用于测量位移的传感器及其方法
CN104457957A (zh) * 2013-09-23 2015-03-25 同方威视技术股份有限公司 一种光纤光栅传感器
CN104515587B (zh) * 2013-09-26 2018-09-28 同方威视技术股份有限公司 光纤光栅振动传感器
CN104296856B (zh) * 2014-08-20 2018-02-23 西安石油大学 增敏平台光纤光栅振动传感器
CN104215607B (zh) * 2014-09-18 2017-03-29 中国科学院合肥物质科学研究院 一种食品致病菌用光纤悬臂梁传感器及检测方法
EP3295184B1 (en) * 2015-05-08 2019-06-05 Fugro Technology B.V. Optical sensor device, sensor apparatus and cable
CN105675919B (zh) * 2016-01-18 2018-12-28 武汉理工大学 一种基于光纤光栅的低频加速度传感器
CN105866474A (zh) * 2016-03-30 2016-08-17 西安石油大学 柔性铰链梁光纤布拉格光栅二维加速度传感器
CN106768295A (zh) * 2016-12-12 2017-05-31 山东大学 一种光纤光栅微震传感器及制作方法
CN106872015B (zh) * 2017-02-22 2019-04-09 重庆邮电大学 一种光纤型振动传感测量系统
CN107314806B (zh) * 2017-05-19 2019-12-06 中南大学 一种微震信号处理设备
CN107192441B (zh) * 2017-07-06 2023-06-30 中国海洋大学 剖分式等强度梁光纤光栅加速度传感器
CN107144705B (zh) * 2017-07-06 2023-11-10 山东省科学院激光研究所 一种光纤光栅加速度计
CN108106711B (zh) * 2017-12-11 2020-01-31 武汉理工大学 一种基于干涉滤波原理的光纤拾振器及传感系统
CN111095260B (zh) 2018-07-16 2024-03-19 京东方科技集团股份有限公司 指纹传感器及其制造方法、显示设备、检测指纹的方法
CN109060107B (zh) * 2018-11-01 2020-08-11 北京航空航天大学 一种耐高温双轴光纤光栅振动传感器
CN109556702A (zh) * 2018-11-19 2019-04-02 西北大学 基于膜片式等强度悬臂梁结构的光纤光栅加速度传感器
CN109655149B (zh) * 2019-01-14 2021-03-02 深圳华中科技大学研究院 一种光纤激光矢量水听器
CN110045149A (zh) * 2019-01-31 2019-07-23 哈工大机器人义乌人工智能研究院 一种光纤光栅加速度传感器及加速度检测方法
CN110424227A (zh) * 2019-07-16 2019-11-08 湖北省城建设计院股份有限公司 用于评估海绵城市透水铺装面层透水性能的光纤传感系统
CN111879970B (zh) * 2020-08-31 2022-06-24 防灾科技学院 基于应变啁啾效应的温度不敏感fbg加速度传感器及方法
CN112379127B (zh) * 2020-11-02 2022-11-25 武汉理工大学 一种组合式可变灵敏度的多维fbg加速度传感器
CN112697255A (zh) * 2020-12-07 2021-04-23 西北大学 基于无胶封光纤加速度检波器
CN113670429A (zh) * 2021-08-13 2021-11-19 重庆大学 一种光纤光栅变压器绕组振动加速度传感器及其加工方法
CN114985208A (zh) * 2022-06-28 2022-09-02 胡仲春 一种光纤光栅敏感基片的制备装置及制备方法
CN116609548B (zh) * 2023-07-20 2023-11-03 山东省科学院激光研究所 一种可测倾角的三维光纤加速度传感器系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5276322A (en) * 1990-10-17 1994-01-04 Edjewise Sensor Products, Inc. Fiber optic accelerometer
CN2578832Y (zh) * 2002-11-14 2003-10-08 钟少龙 温度自补偿差动式光纤加速度传感头
CN2784933Y (zh) * 2004-04-28 2006-05-31 南开大学 光纤光栅加速度传感器
CN2812009Y (zh) * 2005-06-17 2006-08-30 上海紫珊光电技术有限公司 温度自补偿增敏光纤光栅加速度传感器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5276322A (en) * 1990-10-17 1994-01-04 Edjewise Sensor Products, Inc. Fiber optic accelerometer
CN2578832Y (zh) * 2002-11-14 2003-10-08 钟少龙 温度自补偿差动式光纤加速度传感头
CN2784933Y (zh) * 2004-04-28 2006-05-31 南开大学 光纤光栅加速度传感器
CN2812009Y (zh) * 2005-06-17 2006-08-30 上海紫珊光电技术有限公司 温度自补偿增敏光纤光栅加速度传感器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011141445A1 (en) * 2010-05-11 2011-11-17 Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S Fibre optical accelerometer

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