CN108918911A - 一种基于横向力的高灵敏度高本征频率光纤光栅加速度计 - Google Patents
一种基于横向力的高灵敏度高本征频率光纤光栅加速度计 Download PDFInfo
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Abstract
根据加速度计的原理，其灵敏度和本征频率是相互矛盾的：当加速度计的尺寸确定以后，如果通过使用更重的惯性元件提高灵敏度高，则本征频率降低；反之亦然。唯一可以同时提高灵敏度和本征频率的方法是：减小加速度计震动臂的长度。为了减小震动臂的长度(光纤光栅的两个固定端点的距离)，本发明一种基于横向力的高灵敏度高本征频率光纤光栅加速度计使惯性元件的主体在光纤光栅的下方，如附图所示。在减小震动臂长度的同时，该结构还可以保证惯性元件的尺寸(从而保证灵敏度)，并对其进行有效限位(有效超量程保护)。
Description
一、技术领域：
本发明涉及光纤光栅加速度计，尤其是基于横向力的光纤光栅加速度计。
二、技术背景
光纤是由纤芯、包层和涂覆层构成。纤芯在最中心，直径通常为9微米。包层包裹着纤芯；它们在一起的直径通常为125微米。通过使用激光对光纤照射，纤芯的折射率可以发生周期性的改变，从而形成光栅。包含光栅的光纤，通常被称作光纤光栅。当光纤光栅的应变发生改变时，其共鸣波长将随之发生相应变化。在温度基本不变的情况下，通过测量其共鸣波长，可以得到其应变变化。
光纤光栅加速度传感器的制作方法通常是将一个小质量块(惯性元件)和光纤光栅连接在一起；然后，对它们进行封装和保护。其基本工作原理是：当存在加速度时，传感器的惯性元件将对光纤光栅施加一个力，从而改变光纤光栅的应变。通过测量其共鸣波长的变化情况，可以得知光纤光栅的应变变化，从而可以推导出加速度(K.Li，et al.“Verysensitive fiber Bragg grating accelerometer using transverse forces with aneasy over-range protection and low cross axial sensitivity”，Applied Optics，vol.52，no.25，pp.6401-6410，2013)。根据加速度计的原理，其灵敏度和本征频率是相互矛盾的：当加速度计的尺寸确定以后，如果通过使用更重的惯性元件提高灵敏度高，则本征频率降低；反之亦然。唯一可以同时提高灵敏度和本征频率的方法是：减小加速度计震动臂的长度。
三、发明内容
为了减小震动臂的长度(光纤光栅的两个固定端点之间的距离)，本发明使惯性元件的主体在光纤光栅的下方，如附图1所示。理论上，该结构还可以使得震动臂的长度任意小，并且惯性元件的体积任意大，并可以对该惯性元件进行有效限位。
传统光纤光栅加速度计将惯性元件完全放置于光纤光栅的两个固定端点。为了减小光纤光栅的两个固定端点的距离，并保证惯性元件的体积，惯性元件就得做的窄，像一个大饼一样。这样的缺点是：震动臂的长度减小有限、传感器体积大、并且惯性元件限位困难。
本发明克服了上述缺陷。如附图1所示，光纤光栅的两端固定在外壳上。惯性元件上有一个小孔；光纤光栅从其中穿过。当外界存在垂直方向的加速度并使得惯性元件上下运动时，惯性元件横向拉光纤光栅，使其长度发生变化；从而，其返回波长发生变化。通过其返回波长的变化情况，可以推出外界加速度的变化情况(李阔，“一种利用横向力改变绳的应变的方法和其在光纤光栅加速度计中的应用”，ZL 201310415482.2)。
通过设定外壳与惯性元件的6个面之间的间隙，可以对惯性元件进行有效限位，实现超量程保护。除去底面和顶面之外，惯性元件的其它4个面与外壳之间，间隙很小。光纤光栅与惯性元件的小孔，可以不牢固固定；惯性元件挂在光纤光栅上。当惯性元件在光纤轴向运动时，惯性元件与光纤之间，产生滑动。惯性元件在另一个水平方向的运动量很小；惯性元件在该方向的运动对光纤光栅应变的影响远小于相同运动量的轴向运动的影响。惯性元件在垂直方向的运动相对较大(观测方向)，但其最大位移可以由其与外壳之间的距离设定。从而，实现3个方向的超量程保护。
四、附图说明
在所有附图中，1为外壳；2为光纤；3为光纤在外壳上的固定点；4为惯性元件；5为光栅；6为上盖；7为底盖。
附图1为该光纤光栅加速度计的原理图。
附图2为该光纤光栅加速度计的装配示意图。
五、具体实施方式
如附图2所示，为了便于安装惯性元件和固定光纤光栅，将外壳分为3部分：上盖、中间部分、和底盖。首先，将惯性元件和中间部分如附图2所示摆放。然后，光纤光栅从中间部分的一端穿入，经过惯性元件上的小孔，从中间部分的另一端穿出。将光纤的两端进行固定。固定时，应对光纤光栅进行一定预拉。在安装底盖后，当该加速度正常工作时，该惯性元件与底盖之间和与中间部分之间，都应该有一定距离。该惯性元件除去顶面和底面的其它4个面，可以为凸点设计，从而减小摩擦。
为了加工的灵活性，可以在底盖上制作一个螺丝，从而调节惯性元件向下运动的超量程保护。通过调节该螺丝与惯性元件之间的距离，调节惯性元件向下运动的最大距离。惯性元件向上运动的超量程保护，也可以通过设定惯性元件上穿光纤的孔来实现。该孔的直径可以远大于光纤的直径；从而，在大加速度冲击时，当惯性元件向上运动时，惯性元件可以和光纤光栅不接触；因此，实现向上运动的超量程保护。惯性元件也可以做成二体结构：光纤光栅下方的一部分和光纤光栅上方的一部分。两部分通过螺丝等方式，连接在一起。
Claims (1)
1.一种光纤光栅加速度计，包含：
一个外壳；
至少一段光栅，且该光栅位于光纤的两个固定点之间；和
一个惯性元件，并且该惯性元件的长度大于上述光纤的两个固定点之间的距离，并且该惯性元件的运动受到上述外壳的限制，并且该惯性元件对上述光栅施加一个垂直于光纤光栅的力，并且该力使得该光栅的应变和共鸣波长发生变化，并且该共鸣波长的变化被转化为加速度。
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| CN201810369503.4A CN108918911A (zh) | 2018-04-14 | 2018-04-14 | 一种基于横向力的高灵敏度高本征频率光纤光栅加速度计 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109782021A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-05-21 | 蚌埠学院 | 一种光纤光栅加速度计惯性元件质量的选择方法 |
| CN109884339A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-14 | 蚌埠学院 | 一种考虑光纤光栅加速度计灵敏度变化的解调方法 |
| CN110672197A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-10 | 蚌埠学院 | 一种光纤光栅传感器制作方法及其传感器 |
| CN110794167A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-02-14 | 蚌埠学院 | 一种基于横向力的大量程光纤光栅加速度计 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101477138A (zh) * | 2009-01-19 | 2009-07-08 | 曹春耕 | 一种光纤光栅高灵敏度加速度计 |
| CN207114575U (zh) * | 2017-07-06 | 2018-03-16 | 山东省科学院激光研究所 | 一种光纤光栅加速度计 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101477138A (zh) * | 2009-01-19 | 2009-07-08 | 曹春耕 | 一种光纤光栅高灵敏度加速度计 |
| CN207114575U (zh) * | 2017-07-06 | 2018-03-16 | 山东省科学院激光研究所 | 一种光纤光栅加速度计 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109782021A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-05-21 | 蚌埠学院 | 一种光纤光栅加速度计惯性元件质量的选择方法 |
| CN109884339A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-06-14 | 蚌埠学院 | 一种考虑光纤光栅加速度计灵敏度变化的解调方法 |
| CN110672197A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-10 | 蚌埠学院 | 一种光纤光栅传感器制作方法及其传感器 |
| CN110672197B (zh) * | 2019-10-29 | 2021-11-02 | 蚌埠学院 | 一种光纤光栅传感器制作方法及其传感器 |
| CN110794167A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-02-14 | 蚌埠学院 | 一种基于横向力的大量程光纤光栅加速度计 |
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20181130 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |