CN105675919B - 一种基于光纤光栅的低频加速度传感器 - Google Patents

一种基于光纤光栅的低频加速度传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤光栅的低频加速度传感器，包括底座，在底座上设有两组对称的弹性质量组件，所述弹性质量组件包括质量块、弯曲弹片，所述质量块安设在弯曲弹片的下方，所述弯曲弹片的一端与底座相连，另一端将质量块压装在底座上，在弯曲弹片的上方安设有光纤光栅，所述光纤光栅粘接在两个弯曲弹片上。本发明的弯曲弹片在振动时可以使光纤光栅两端产生方向相反的轴向应变，从而利用光纤光栅的轴向应变传感机理来实现加速度的测量,并且能使测量灵敏度实现倍增的效果。用光纤来传输传感信号，集测量、传输于一体,因而具有灵敏度高、强抗电磁干扰能力和能够远距离监测等优点。

Description

一种基于光纤光栅的低频加速度传感器
技术领域
本发明属于加速度传感器技术领域，特别涉及一种基于光纤光栅的低频加速度传感器。
背景技术
低频振动广泛存在于生产实际中，其振动频率一般在100Hz以下。如大型水轮发电机组的振动频率都在15Hz以下；一般公路和铁路桥梁振动的固有频率在2-10Hz左右；工程地震脉动频率一般在2-50Hz之间。对这些低频振动的监测常采用电类传感器来拾取信号，但在强电磁场环境中，电类振动传感器难以克服电磁场的干扰影响,同时电类传感器在远距离监测时其信号强度下降非常快,因而其应用也受到了限制，且低频振动其加速度幅值小，测量难度较大，因此需要一种高灵敏度的非电类加速度传感器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种抗电磁干扰、灵敏度高的基于光纤光栅的低频加速度传感器。
本发明所采用的技术方案为：一种基于光纤光栅的低频加速度传感器，其特征在于：包括底座，在底座上至少设有一组弹性质量组件，所述弹性质量组件包括质量块、弯曲弹片，所述质量块安设在弯曲弹片的下方，所述弯曲弹片的一端与底座相连，另一端将质量块压装在底座上，在弯曲弹片的上方安设有光纤光栅，所述光纤光栅粘接在弯曲弹片上。
按上述技术方案，两个弯曲弹片的悬臂端背向设置，所述光纤光栅设置在两个弯曲弹片的中心部位。
按上述技术方案，在底座上对应每个弯曲弹片的一端设有敞开的楔形槽，所述弯曲弹片的端部插入楔形槽内，通过压块将弯曲弹片压装在楔形槽内。
按上述技术方案，所述压块为楔形结构。
按上述技术方案，所述弯曲弹片呈L型，其弯折处呈圆弧过渡，在弯曲弹片上设有多个通孔。
按上述技术方案，所述质量块为长方体结构，在其上表面设有多个螺纹孔。
按上述技术方案，所述光纤光栅通过环氧树脂与弯曲弹片相粘接。
按上述技术方案，所述底座的边角上设有四个通孔，用于通过螺栓固定在待测振动物体上。
本发明的工作原理是：把本发明固定在待测振动物体上，在外界振源的作用下传感器随振动物体一起振动，惯性质量块产生微幅振动使弯曲弹片产生弯曲变形，布置在传感器中间的光纤光栅产生周期性的轴向的拉伸或收缩，即轴向应变。这种轴向应变将导致光纤光栅的反射波长产生相应的漂移，从而将外界振动信号的加速度量转化为光纤光栅中心波长的漂移量，通过波长漂移量与加速度的线性关系来确定振源的加速度大小，对时域信号进行频谱分析计算出振源的振动频率。
本发明所取得的有益效果为：本发明采用弯曲弹片作为弹性元件，与惯性质量块组成弹性质量组件，以响应被测物体的机械振动，弯曲弹片在振动时可以使光纤光栅产生大小相等方向相反的拉伸或压缩，即轴向应变，从而利用光纤光栅的轴向应变传感机理来实现加速度的测量,用光纤来传输传感信号，集测量、传输于一体,因而具有灵敏度高、强抗电磁干扰能力和能够远距离监测等优点；由于两个弯曲弹片在振动时方向相反，使光纤光栅两端产生方向相反的轴向应变，因而能使测量灵敏度实现倍增的效果，实际测试结果表明本发明在测量频率为2-20Hz时灵敏度可达600pm/g以上。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中底座的结构图。
图3为图1中质量块的结构图。
图4为图1中弯曲弹片的结构图。
图5为图1中压块的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-5所示，本实施例提供了一种基于光纤光栅的低频加速度传感器，包括底座1，在底座1上至少设有一组弹性质量组件，所述弹性质量组件包括长方体结构的质量块2、弯曲弹片5，所述弯曲弹片呈L型，其弯折处呈圆弧过渡，在弯曲弹片上设有多个通孔，所述质量块2安设在弯曲弹片5的下方，在其上表面设有多个螺纹孔，所述弯曲弹片的5一端与底座1相连，另一端通过螺钉3将质量块2压装在底座上，在弯曲弹片的上方安设有光纤光栅6，所述光纤光栅6通过环氧树脂4粘接在弯曲弹片5上，当所述弹性质量组件为两组以上时，所述弹性质量组件呈线形排列，使所述光纤光栅呈线形排列在各弯曲弹片上。
本实施例以在底座上对称设有两组弹性质量组件为例进行说明，构成对称式低频加速度传感器。其中，两个弯曲弹片的悬臂端背向设置，在底座1上对应每个弯曲弹片5的下端设有敞开的楔形槽，所述弯曲弹片5的端部插入楔形槽内，通过楔形压块7将弯曲弹片5压装在楔形槽内，所述楔形压块7通过内六角螺钉8固定在底座1上，光纤光栅6设置在两个弯曲弹片的中心部位。
工作时，将传感器固定在待测物体上，在外界激振源的作用下传感器随物体一起振动，左右两个惯性质量块2在惯性力的作用下产生微幅振动，惯性质量块2的振动将引起弯曲弹片5的变形，从而使受到预拉伸应力的光纤光栅6 产生周期性轴向的微小拉伸或收缩，即轴向应变。本发明的弯曲弹片在振动时可以使光纤光栅两端产生方向相反的轴向应变，这种轴向应变将导致光纤光栅6 的反射中心波长产生相应的漂移，从而将外界振动信号的加速度量转化为光纤光栅中心波长的漂移量，通过对光纤光栅6 两端部的出线端的反射波长漂移量的测量便可获得外界机械振动加速度的大小。利用动态波长解调仪在计算机上显示光纤光栅加速度传感器的输出波形，通过对输出波形分析得到反射波长漂移量的大小，根据波长漂移量与加速度的线性关系来确定待测物体的振动加速度大小，同时可以对得到的时域信号进行频谱分析得到振源的振动频率信息。

Claims (7)

1.一种基于光纤光栅的低频加速度传感器，其特征在于：包括底座，在底座上设有两个对称的弹性质量组件，所述弹性质量组件包括质量块、弯曲弹片，所述质量块安设在弯曲弹片的下方，所述弯曲弹片的一端与底座相连，另一端将质量块压装在底座上，在弯曲弹片的上方安设有光纤光栅，所述光纤光栅粘接在两个弯曲弹片上，两个弯曲弹片的悬臂端背向设置，所述光纤光栅设置在两个弯曲弹片的中心部位。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的低频加速度传感器，其特征在于，在底座上对应每个弯曲弹片的一端设有敞开的楔形槽，所述弯曲弹片的端部插入楔形槽内，通过压块将弯曲弹片压装在楔形槽内。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤光栅的低频加速度传感器，其特征在于，所述压块为楔形结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的低频加速度传感器，其特征在于，所述弯曲弹片呈L型，其弯折处呈圆弧过渡，在弯曲弹片上设有多个通孔。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的低频加速度传感器，其特征在于，所述质量块为长方体结构，在其上表面设有多个螺纹孔。
6.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的低频加速度传感器，其特征在于，所述光纤光栅通过环氧树脂与弯曲弹片相粘接。
7.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的低频加速度传感器，其特征在于，所述底座的边角上设有四个通孔，用于通过螺栓固定在待测振动物体上。
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