CN103003703B - 光纤加速度计 - Google Patents

Abstract

一种光纤加速度计，包括：底座结构；第一震动质量块，通过第一铰接元件可移动地接合至底座结构；第二震动质量块，通过第二铰接元件可移动地接合至底座结构；光纤，分别在第一附接接合部和第二附接接合部处接合至第一震动质量块和第二震动质量块，以通过第一震动质量块和第二震动质量块分别围绕第一铰链结构和第二铰链结构的位移使光纤受到变化的张力。

Description

光纤加速度计

技术领域

本发明在一个方面涉及一种光纤加速度计（fibre opticalaccelerometer），该光纤加速度计包括通过各自的铰接元件可移动地接合至底座结构的第一震动质量块（seismic mass）和第二震动质量块。光纤接合至第一震动质量块和第二震动质量块，从而通过第一震动质量块和第二震动质量块分别围绕第一铰链结构和第二铰链结构的位移而使该光纤受到变化的张力（strain）。

背景技术

在本领域中已知用于结构振动或加速度的鲁棒遥感的光纤加速度计。光纤加速度计具有多个期望的特性，诸如对电磁干扰和机械干扰的不敏感、良好的多路复用能力以及支持连接电缆的延长长度。这些特性使光纤加速度计成为许多特定应用的第一选择，诸如通常处在偏远且恶劣的环境中的风能、油气勘探、航天等。

US 6,891,621B2公开了一种用于恶劣环境的高灵敏度加速度计。该加速度计包括通过铰链接合至底座的震动质量块。该震动质量块响应于施加至加速度计的水平力而围绕铰链执行摆动。一对光纤以这样的方式互连在加速度计的底座和壳体之间：使得光纤在对加速度计施加水平力期间交替地张紧和压缩。

然而，在本领域中存在提供改进的光纤加速度计的需要，这些光纤加速度计能够以较低的成本制造或者具有较高的测量精度，诸如改进的操作带宽和动态范围。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种光纤加速度计，包括：

-底座结构；

-第一震动质量块，通过第一铰接元件（hinge element）可移动地接合至底座结构；

-第二震动质量块，通过第二铰接元件可移动地接合至底座结构；

-光纤，分别在第一附接接合部（attachment joint）和第二附接接合部处接合至第一震动质量块和第二震动质量块，以通过第一震动质量块和第二震动质量块分别围绕第一铰链结构和第二铰链结构的位移使光纤受到变化的张力。

第一铰接元件和第二铰接元件确保第一附接接合部和第二附接接合部响应于加速度的位移朝向相反。第一震动质量块和第二震动质量块因而相配合，以便以这样的力张紧或压缩光纤：该力与由质量等于第一震动质量块和第二震动质量块之和的单个震动质量块的位移提供的相同。然而，由于第一震动质量块和第二震动质量块的移动是独立的，因此可在本光纤加速度计中实现导致较大的工作频率范围的较高的高频谐振。此外，光纤加速度计的灵敏度相对于具有单个震动质量块的加速度计翻倍，因为第一震动质量块和第二震动质量块均响应于加速度为光纤赋予张力。

本光纤加速度计可包括指示测得的加速度的光读出机构。在一个这种实施例中，光纤在第一附接接合部和第二附接接合部之间延伸的部分包括光纤布拉格光栅（FBG）。该FBG用于根据对沿着预定轴线的加速度计加速度的测量来指示光纤的张力。在该实施例中，光纤可以预张紧，从而在静止（即，零加速度）的情况下为光纤赋予预定的张力级别。在加速度下，在包括FBG的纤维区域中引发的张力级别根据瞬时加速度在预定的张力级别周围动态地变化。这导致张紧的光纤区域中的张力级别的对应交替，这可通过测量来自FBG的反射光的波长范围来检测。

也利用光读出机构的另一实施例包括由设置在第一附接接合部和第二附接接合部之间的张紧的光纤区域外部（例如，在附接接合部的每侧上向外）的两个FBG限定的法布里-珀罗谐振器。对于这种基于光学加速度计的干涉计、以及以上描述的单个FBG，光学检测方案可依赖于对透射光或反射光的光强度、光波长或甚至是光相位的解调。

本发明的光纤加速度计优选地封装在密闭的转换器壳体中，以使可移动的且敏感的内部组件免受外部环境的污染。一对光连接件可方便地与转换器壳体成一体，以提供可拆卸的且可通用的光纤加速度计。

在一个实施例中，第一铰接元件和第二铰接元件布置在共同水平面中。此外，第一震动质量块的重心和第二震动质量块的重心优选地布置在共同水平面中。第一震动质量块和第二震动质量块的各自的重心设置在相同的水平面中，因为第一铰接元件和第二铰接元件用于降低横轴灵敏度，即，对与光纤加速度计的预期灵敏度轴线垂直的方向上的加速度的灵敏度。能实现横轴灵敏度的这种降低，由于在很大程度上防止了第一震动质量块和第二震动质量块相对于底座的位移受到沿着共同水平面的加速度。

根据本发明的一个有利实施例，第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构以相同的材料形成。第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构可模制成形成光纤加速度计的一致核心部分。第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构可替代地可通过诸如铣削或切割的机加工工艺由单个实心物体制成。由于光纤加速度计核心部分的一致或统一结构，提供了一种节省成本的制造和装配方法。此外，光纤加速度计的关键性能标准（诸如灵敏度、工作频率范围和尺寸）可以通过仅改变第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构中的一个或多个的适当尺寸以高效的方式调整或调节，以适合特定的应用。此外，或作为替待，可改变形成第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构的材料，以使关键性能标准适合期望的目标标准。

第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构可由金属材料提供，诸如选自{钨、不锈钢、黄铜、铜、钛、硅}的组的金属。

根据本发明的一个实施例，第一铰接元件和第二铰接元件包括邻近底座的位于第一震动质量块和第二震动质量块中的相应切口（incision）或去除部分（pinch）。这些切口可以通过传统的铣削或切割技术以有效的方式形成。此外，可改变这些切口的物理特征，例如宽度和/或高度方面，从而以快速且节省成本的方式使光纤加速度计的性能标准适合特定的目标标准。

根据本发明的再一实施例，第一杆在第一震动质量块和光纤上的第一附接接合部之间延伸，并且第二杆在第二震动质量块和光纤上的第二附接接合部之间延伸。第一杆和第二杆可提供张力放大，从而通过第一震动质量块和第二震动质量块围绕第一铰链结构和第二铰链结构的特定位移来增大施加于第一附接接合部和第二附接接合部之间的光纤部分的张力级别。张力放大的量取决于第一距离比。第一距离比被设定为光纤上的第一附接接合部和第一铰接元件之间的距离相对于第一震动质量块的重心和第一铰接元件之间的距离。该第一距离比可大于2或3或5。优选地，对应的与第二附接接合部和第二铰接元件之间的距离相对于第二震动质量块的重心和第二铰接元件之间的距离相关的第二距离比与第一距离比基本相同。

第一杆和第二杆中的每根可作为通过适当的附接方式附接或接合至各自的震动质量块的单独元件来提供，或者可替代地例如通过对之前讨论的单个实心物体进行机加工而与各自的震动质量块一体形成。

本光纤加速度计的核心组件优选地围绕穿过光纤加速度计延伸的中心竖直面对称布置。在一个实施例中，第一震动质量块和第二震动质量块、第一铰接元件和第二铰接元件以及底座结构围绕中心竖直面对称布置。这简化了制造，提供了更统一的频率响应，并使对沿着除预期的灵敏度轴线之外的其他轴线的加速度的灵敏度最小化。

根据尤其非常适合低成本制造的本光纤加速度计的一个实施例，第一震动质量块和第二震动质量块朝向光纤布置在第一铰接元件和第二铰接元件的共同水平面上方，并且底座结构布置在共同水平面下方。如之前所说明的，第一铰接元件和第二铰接元件可形成为邻近或延伸到底座结构中的位于第一震动质量块和第二震动质量块中的切口或去除部分，使得切口本身限定第一震动质量块和第二震动质量块和底座结构之间的物理分隔或边界。

根据特定类型的振动测量应用的约束和期望的性能标准，本光纤加速度计可提供或制造为具有非常不同的尺寸。在一个实施例中，底座结构在水平面中的最大尺寸处于4mm至40mm，优选地为8mm至20mm。光纤加速度计具有的沿着竖直轴线的最大尺寸为8mm至80mm，诸如为10mm至15mm。

光纤加速度计的质量将通常遵循其尺寸，从而增大尺寸导致增加加速度计质量。多个有效实施例具有的加速度计质量为2克至400克，诸如为5克至100克。这些优选的加速度计质量范围指定对于通常包括转换器壳体和可能的一个或多个光纤连接件的封装好的工作光纤加速度计的质量。

光纤加速度计优选地包括相对于外部环境封装和密封第一震动质量块和第二震动质量块以及第一铰接元件和第二铰接元件的以上提到的转换器壳体。转换器壳体优选地相对于外部环境密闭，从而封装和保护光纤加速度计的可移动的且易碎的内部组件（诸如以上提到的第一震动质量块和第二震动质量块以及第一铰接元件和第二铰接元件）免受外部环境的污染。转换器壳体可通过适当的附接方式（诸如旋拧、胶合、焊接、卷曲、压配合、软焊等）附接至底座结构。

转换器壳体可包括或支撑一个或多个光纤连接件，以将封装好的光纤加速度计内部的张紧的光纤区域光学地接合至外部远程宽带光源，以用于加速度读出目的。每个光纤连接件可封装在保护光连接件免受外部张力、压力和污染的它们各自的保护弹性套管内。最后，转换器壳体可支撑光纤的位于光纤（感测元件）的张紧部分和每个光纤连接件之间的缓冲长度。

本发明的第二方面涉及一种光纤加速度计，包括：

-底座结构，

-第一震动质量块，通过第一铰接元件可移动地接合至底座结构，

-光纤，接合在第一附接接合部处的第一震动质量块与第二附接接合部之间，以通过第一震动质量块围绕第一铰链结构的位移使光纤受到变化的张力。第一震动质量块、第一铰接元件和底座结构通过模制、蚀刻或机加工由单个实心物体制成。

根据本发明的该第二方面，第一震动质量块、第一铰接元件和底座结构通过模制、蚀刻或机加工由单个实心物体制成。由于光纤加速度计的核心部分的统一结构，提供了一种节省成本的制造和装配方法。此外，重要性能标准或指标（诸如灵敏度、工作频率范围或尺寸）可以通过仅改变第一震动质量块、第一铰接元件和底座结构中的一个或多个的适当尺寸以高效的方式调整，以适合特定的应用。此外或作为替代，可调整形成第一震动质量块、第一铰接元件和底座结构的材料，以满足由特定的应用施加的性能标准或约束。改变本光纤加速度计的相关组件的尺寸可通过修改可编程数控铣床的适当参数方便地实现。下面结合说明书附图5进一步详细说明其中改变铰接元件的尺寸的该改变方法的有效性的一个实例。

根据一个优选实施例，光纤加速度计还包括通过第二铰链可移动地接合至底座结构的第二震动质量块，其中光纤通过第二附接接合部接合至第二震动质量块。通过将光纤安装在两个震动质量块之间，第一附接接合部和第二附接接合部的响应于加速度的位移可通过适当的加速度计设计而相反朝向。在后面的实施例中，第一震动质量块和第二震动质量块因而相配合，以便以这样的力张紧或压缩光纤：该力与由质量等于如之前说明的第一震动质量块和第二震动质量块的质量之和的单个震动质量块的位移提供的相同。显然，以上关于第一方面讨论的多个本发明实施例的特征也可用于根据本发明的第二方面的具有两个可单独移动的震动质量块的光纤加速度计。在一个这种实施例中，光纤加速度计的第一铰接元件和第二铰接元件布置在共同水平面中。

本发明的第三方面涉及一种使用光纤加速度计检测远处的振动结构加速度的方法，包括以下步骤：

-将根据任意以上提到的实施例的光纤加速度计附接至振动结构，

-将传输光纤光学地接合至光纤加速度计的光纤，

-对传输光纤施加宽带光源，例如红外光源，

-检测来自光纤加速度计的反射光的波长，以及

-通过对反射光的波长进行解调来确定光纤加速度计的加速度。

根据该方法，在光域中执行加速度读出，从而获得对于电磁干扰和机械干扰的不灵敏、良好的多路复用能力并支持连接电缆的延长长度。振动检测系统可包括多个光纤加速度计，如果光纤加速度计包括允许进入的宽带光通过每个光纤加速度计的光学入口和出口，那么这些光纤加速度计是级联的或菊链式的（daisy-chained）。可将来自多个光纤加速度计中的每个的反射光的波长单独调谐至不同的波长，以允许用于任意特定光纤加速度计的反射光的单独检测和解调。

附图说明

将结合附图更详细地描述本发明的优选实施例，附图中：

图1是用于根据本发明的第一实施例的光纤加速度计的光纤加速度计核心部分（core）的3D透视图，

图2a）-图2b）是图1中描绘的光纤加速度计核心部分的示意性正视图和侧视图，

图3是安装有光纤的图1和图2中描绘的光纤加速度计核心部分的3D透视图，

图4a）和图4b）是根据本发明的第二实施例的光纤加速度计核心部分的3D透视图，

图5是对于具有不同尺寸的铰接元件的三个不同变体中的基于图1-图2中描绘的核心部分的光纤加速度计的加速度计输出灵敏度与频率的图表，以及

图6是包括图4a）和图4b）中描绘的加速度计核心部分的封装好的或完成的光纤加速度计的3D视图。

具体实施方式

图1描绘了根据本发明的第一实施例的光纤加速度计核心部分1。光纤加速度计核心部分1或核心部分包括大致为圆柱形或圆盘形的底座结构3，该底座结构通过第一铰接元件8可移动地接合至第一震动质量块13。第二震动质量块11同样地通过第二铰接元件10可移动地接合至底座结构3。第一震动质量块13包括下半圆柱形圆盘13和沿着光纤加速度计核心部分1的竖直轴线（未示出）从下半圆柱形圆盘13突出的杆（lever）7a形式的两个一体形成的部件。相似形状的第二震动质量块11包括下半圆柱形圆盘和沿着光纤加速度计核心部分1的竖直轴线（未示出）从下圆柱形圆盘突出的另一杆或第二杆7b形式的两个一体形成的部件。

第一铰接元件8由位于第一震动质量块13中和/或位于圆柱形底座结构3中的水平切口、去除部分或切除部分（cut-out）5形成。可以调节第一铰接元件8的尺寸以适合光纤加速度计的总尺寸。通过控制铰接元件8、10中的每个的尺寸和材料，可方便地控制并调节柔度或刚度，以适合特定应用的要求。以下结合图5进一步详细讨论改变铰接元件的尺寸的效果。

在本发明的本实施例中，铰接元件8的宽度在0.25mm至0.75mm，而铰接元件8的高度或厚度在0.5mm至1.0mm。宽度沿着这样的水平面测得：该水平面从由中心竖直切除部分12形成的竖直中心底座壁平行于水平切除部分5延伸。铰接元件8的厚度对应于沿着光纤加速度计核心部分1的竖直轴线（未示出）测得的水平切除部分5的高度。

相似形状的第二铰接元件10由位于第二震动质量块11中和/或位于圆柱形底座结构3中的另一或第二水平切口、去除部分或切除部分17形成。第二铰接元件10的尺寸优选地与第一铰接元件8的尺寸相同。

第一震动质量块13的杆7a的平顶部分包括水平延伸的凹槽9a，该凹槽的形状和尺寸形成为用于接收穿过凹槽9a并穿过雕刻在第二震动质量块11的第二杆7b的平顶部分中的对应形状的凹槽9b而水平延伸的光纤（未示出）。光纤通过适当的附接方式（诸如胶合、焊接、卷曲、压配合、软焊等）在至少部分地穿过凹槽9a延伸的第一附接接合部处牢固地附接或接合至第一震动质量块13。光纤的另一部分同样地在至少部分地穿过凹槽9b延伸的第二附接接合部处牢固地附接或接合至第二震动质量块11。因此，当光纤加速度核心部分1受到由箭头15指示的方向上的沿着其竖直轴线的往复加速度时，由于第一震动质量块和第二震动质量块13、11的相反朝向的位移，光纤的在第一杆和第二杆之间水平延伸的部分受到变化的张紧力。

布置于光纤的在第一附接接合部和第二附接接合部之间水平延伸的部分中的光纤布拉格光栅（FBG）区域处的光反射可用于测量或确定光纤中的变化的张紧力，如以下结合说明书附图3另外详细说明的。

如示出的，光纤加速度计核心部分1优选地关于穿过中心竖直切除部分12居中延伸的竖直面对称。

底座结构3可具有8mm至12mm的直径，诸如约10mm。对应的高度可处于6mm-12mm。

光纤加速度计核心部分1优选地通过对金属材料的单个实心金属件或块进行机加工（例如通过铣削或微加工）而制造，从而提供整体的或单个的光纤加速度计核心部分1。金属件或块可包括钨、不锈钢、黄铜、铜或钛。第一震动质量块和第二震动质量块13、11（包括第一杆和第二杆7a、7b、第一铰接元件和第二铰接元件8、10以及底座结构3）的这种一体形成支持一种消除了传统加速度计结构的许多小的单独的组件或部件的处理和装配步骤的非常节省时间和成本的制造方法。

图2a）和图2b）是图1中描绘的光纤加速度计核心部分1的示意性2D前视图和侧视图。第一铰接元件和第二铰接元件8、10布置在由虚线20指示的共同水平面中。在本发明的该实施例中，第一震动质量块13的重心相对于第一铰接元件和第二铰接元件8、10的共同水平面20在向上方向上垂直移动。同样地，第二震动质量块11的重心相对于共同水平面20在向上方向上垂直移动。

图3是安装有光纤30的光纤加速度计核心部分1的3D透视图的按比例视图。光纤加速度计核心部分1的尺寸由其中所显示的数值以米为单位的比例尺31指示。

光纤30的分别在第一杆和第二杆9a、9b上的第一附接接合部和第二附接接合部之间延伸的张紧区域包括光纤布拉格光栅（FBG）。该FBG用于根据对沿着作为加速度计的灵敏度轴线的竖直轴线15的加速度计加速度的测量来检测光纤的变化张力。光纤30优选地预张紧，从而为光纤赋予预定的张力。光纤加速度计的操作如下：当沿着竖直轴线15将加速度施加于光纤加速度计时，第一震动质量块和第二震动质量块13、11围绕它们各自的铰接元件移动。第一附接接合部9a、9b作为响应在相反的大致水平方向上移动，从而相互接近或相互远离。该移动转换成包括FBG的张紧的光纤区域30中的张力的减小或增大。该变化的张力可通过测量来自FBG的反射光的波长变化来检测。反射光可归因于由宽带光源（例如包括远离光纤加速度计而设置的1550nm LED）产生的入射光。入射宽带光可已通过接合于光纤加速度计的传输光纤传输至光纤加速度计。传输光纤因此负责将入射宽带光传送至光纤加速度计以及使窄带反射光从光纤加速度计返回。作为替代，可检测所传输的宽带光中的吸收凹陷（absorption dip），以确定由FBG引发的波长变化。

窄带反射光的波长可以由以下的等式（1）确定：

$\frac{\mathrm{\Δ\λ}}{{\mathrm{\λ}}_0}=(1-\mathrm{\ζ})\mathrm{\ϵ}---\left(1\right)$

-其中：

Δλ=反射光的变化；

λ₀=无张力情况下的反射波长；

ζ=弹光系数（张紧情况下的相关折射率变化）；

ε=光纤的纵向张力。

图4a）是根据本发明的光纤加速度计的第二实施例的光纤加速度计核心部分40的侧视图，并且图4b）是光纤加速度计核心部分40的第二实施例的3D透视图。

与本发明的第一实施例相比，光纤加速度计核心部分40提供横轴（cross-axial）加速度灵敏度（即，与沿着图4a上的竖直箭头55指示的加速度方向垂直的方向上的加速度）的降低。

图4b）中的光纤加速度计核心部分40或核心部分包括阶梯式圆柱形或圆盘形底座结构43，该底座结构通过第一铰接元件48可移动地接合至第一震动质量块53。第二震动质量块51同样地通过第二铰接元件50可移动地接合至阶梯式圆盘形的底座结构43。第一震动质量块53包括通常不规则的下半圆柱形圆盘和沿着光纤加速度计核心部分40的竖直轴线（未示出）从下半圆柱形圆盘突出的杆47a形式的两个一体形成的部件。相似形状的第二震动质量块51包括通常不规则的下半圆柱形圆盘和沿着光纤加速度计核心部分40的竖直轴线（未示出）从下半圆柱形圆盘51延伸的另一或第二杆47b形式的两个一体形成的部件。

第一铰接元件48由第一震动质量块53中和/或阶梯式圆盘形底座结构43中的切口、去除部分或切除部分45形成。

可以调整第一铰接元件48的尺寸以适合光纤加速度计的总尺寸。通过控制铰接元件48、50中的每个的尺寸和材料，可方便地控制柔度和刚度，以符合特定应用的要求。

相似形状的第二铰接元件50由第二震动质量块11中和/或圆柱形底座结构3中的另一或第二切口、去除部分或切除部分57（参考图4b）形成。第二铰接元件50的尺寸优选地与第一铰接元件48的尺寸相同。第一震动质量块53的第一杆47a的顶部包括水平延伸的凹槽或凹痕（indent）49a，该凹槽或凹痕的形状和尺寸形成为用于接收穿过凹槽49a并穿过雕刻在第二震动质量块51的第二杆47b的顶部中的对应形状的凹槽49b而水平延伸的光纤（未示出）。当安装好时，光纤30通过适当的附接方式（诸如胶合、焊接、卷曲、软焊等）在至少部分地穿过凹槽49a延伸的第一附接接合部处牢固地附接或接合至第一震动质量块53。光纤的另一部分同样地在至少部分地穿过第二凹槽49b延伸的第二附接接合部处牢固地附接或接合至第二震动质量块51。如之前结合本发明的第一实施例所说明的，当光纤加速度计核心部分40受到沿着由箭头55指示的竖直轴线的往复加速度时，光纤的在第一杆和第二杆47a、47b之间水平延伸的张紧部分受到可变的张紧力。可变的张紧力由于第一震动质量块和第二震动质量块53、51响应于加速度围绕它们各自的铰接元件的相反朝向的位移所引起的第一附接接合部和第二附接接合部的相反朝向的基本水平位移而产生。

第一铰接元件48、50布置在由图4a上的虚线70指示的共同水平面中。与第一实施例对比，本实施例具有布置在还包括第一铰接元件和第二铰接元件48、50的共同水平面70中的第一震动质量块的重心以及第二震动质量块的重心。这有效地减小了横轴灵敏度（即，对沿着光纤加速度计的虚线70指示的加速度的灵敏度），因为在这种情况下在很大程度上阻止了第一震动质量块和第二震动质量块53、51的位移。

第一震动质量块53的外表面可包括从附接接合部49a向下至靠近底座43的连接合部的用于将光纤锁定在位的雕刻的浅导槽（未示出）。对应的浅导槽也雕刻在第二震动质量块51的外表面中。除了以良好限定的方式将光纤向下引导至光纤加速度计的光纤可卷曲在其中的阶梯式圆柱形或圆盘形的底座结构43之外，这些浅导槽还有利于支持和保持光纤的引导部分的适当限制的曲率半径的多个目的。

图5是对于基于图1-图2中描述的核心部分的实验性光纤加速度计的测得的加速度计输出灵敏度与频率的图表。光纤加速度计受到竖直方向（即，由图1的箭头15指示的方向，其是最大灵敏度的轴线）上的预定加速度。实验性光纤加速度计核心部分1的三个不同变体以钛制成，并具有不同尺寸的铰接元件，以验证本光纤加速度计的可量测性。下部曲线63在铰接元件的厚度或高度为0.5mm且宽度为约0.75mm的光纤加速度计核心部分或核心部分上测得。中间曲线和上部曲线62、61分别表示对于铰接元件宽度为0.5mm和0.25mm的测得的加速度计输出灵敏度。如所预期的，由于铰接元件的柔度增加，实验性光纤加速度计的高频谐振随着铰接元件宽度减小而减少。同样地，实验性光纤加速度计的工作频率范围（即，远低于高频谐振）内的输出灵敏度随着铰接元件厚度减小而增加，铰接元件厚度减小表示对于给定的加速度为光纤赋予的张力增大。铰接元件宽度的本调节仅代表展示可如何通过改变光纤加速度计核心部分的选定特征的简单几何尺寸以方便且有效的方式调整本光纤加速度计的性能标准以适合特定目标标准的一个实例。

图6是包括图4a）和图4b）中描绘的加速度计核心部分40的封装好的或完成的光纤加速度计75的3D视图。杯状上壳体部分65封装第一震动质量块和第二震动质量块53、51（参考图4b）以及第一铰接元件和第二铰接元件48、50。杯状上壳体部分65接触阶梯式圆盘形底座结构43（参考图4b）的上表面，以封装核心部分并保护可移动的且易碎的内部组件免受外部环境中的污染物。一对光纤连接件（未示出）封装在保护光纤连接件免受外部张力、应力和污染因素的它们各自的弹性套管66a、66b内。每个光纤连接件可包括用于将封装好的光纤加速度计75内部的张紧的光纤区域光学地接合至外部远程光源以用于加速度读出目的的工业标准连接件，诸如由供应的Redel-D小型光连接件。一个光纤连接件可用作可连接至多路复用布置中的另一串联接合的光纤加速度计的光输出。下壳体部分67封装阶梯式圆盘形底座结构43（参考图4b）的下部并邻接杯状上壳体部分65，以形成完整的加速度计壳体或转换器壳体，该壳体支撑光纤的位于光纤（感测元件）的张紧部分和每个光纤连接件之间的缓冲长度。

Claims (16)

1.一种光纤加速度计(1)，包括：

底座结构(3)，

第一震动质量块(11)，通过第一铰接元件(10)可移动地接合至所述底座结构(3)，

第二震动质量块(13)，通过第二铰接元件(8)可移动地接合至所述底座结构(3)，

光纤(30)，分别在第一附接接合部和第二附接接合部处接合至所述第一震动质量块和所述第二震动质量块(11，13)，以通过所述第一震动质量块和所述第二震动质量块分别围绕所述第一铰接元件和所述第二铰接元件的位移使所述光纤(30)受到变化的张力，

其特征在于，所述第一铰接元件和所述第二铰接元件(10，8)布置在共同水平面(20)中，并且所述第一震动质量块的重心和所述第二震动质量块的重心布置在所述共同水平面(20)中。

2.根据权利要求1所述的光纤加速度计，其中，所述第一震动质量块和所述第二震动质量块(11，13)、所述第一铰接元件和所述第二铰接元件(10，8)以及所述底座结构(3)以相同的材料形成。

3.根据权利要求2所述的光纤加速度计，其中，所述材料包括选自{钨、不锈钢、黄铜、铜、钛、硅}的组的金属材料。

4.根据权利要求2或3所述的光纤加速度计，其中，所述第一震动质量块和所述第二震动质量块(11，13)、所述第一铰接元件和所述第二铰接元件(10，8)以及所述底座结构(3)通过模制或机加工由单个实心物体制成。

5.根据权利要求3所述的光纤加速度计，其中，所述第一铰接元件和所述第二铰接元件(10，8)包括邻近所述底座结构(3)的位于所述第一震动质量块和所述第二震动质量块中的相应切口或去除部分。

6.根据权利要求1所述的光纤加速度计，包括：

第一杆(47a)，在所述第一震动质量块(11)与所述光纤(30)上的所述第一附接接合部之间延伸，

第二杆(47b)，在所述第二震动质量块(13)与所述光纤(30)上的所述第二附接接合部之间延伸。

7.根据权利要求1所述的光纤加速度计，其中，所述光纤(30)上的所述第一附接接合部与所述第一铰接元件之间的距离是所述第一震动质量块的重心与所述第一铰接元件之间的距离的至少两倍。

8.根据权利要求1所述的光纤加速度计，其中，所述第一震动质量块和所述第二震动质量块(11，13)、所述第一铰接元件和所述第二铰接元件(10，8)以及所述底座结构(3)关于中心竖直面对称布置。

9.根据权利要求1所述的光纤加速度计，其中，所述底座结构(3)在水平面中的最大尺寸处于4mm至40mm。

10.根据权利要求9所述的光纤加速度计，其中，所述底座结构(3)在水平面中的最大尺寸处于8mm至20mm。

11.根据权利要求1所述的光纤加速度计，其中，所述光纤加速度计具有的质量为2克至400克。

12.根据权利要求11所述的光纤加速度计，其中，所述光纤加速度计具有的质量为5克至100克。

13.根据权利要求1所述的光纤加速度计，其中，所述光纤(30)的在所述第一附接接合部与所述第二附接接合部之间延伸的张紧部分包括光纤布拉格光栅(FBG)。

14.根据权利要求1所述的光纤加速度计，包括相对于外部环境封装和密封所述第一震动质量块和所述第二震动质量块(11，13)以及所述第一铰接元件和所述第二铰接元件(10，8)的转换器壳体。

15.一种使用光纤加速度计检测远处的振动结构的加速度的方法，包括：

将根据权利要求1所述的光纤加速度计(1)附接至所述振动结构，

将传输光纤光学地接合至所述光纤加速度计的光纤(30)，

对所述传输光纤施加宽带光源，

检测来自所述光纤加速度计的反射光的波长，以及

通过对所述反射光的波长进行解调来确定所述光纤加速度计的加速度。

16.根据权利要求15所述的使用光纤加速度计检测远处的振动结构的加速度的方法，其中，所述宽带光源为红外光源。