CN110121651A - 具有杠杆臂的光纤加速度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测加速度的设备。该设备包括：框架；质量块；连接到质量块的杠杆臂，其中质量块设置在第一杠杆位置；具有光纤传感器的光纤；以及针对干扰变量的补偿元件，其中所述针对干扰变量的补偿元件连接到杠杆臂或质量块，并且其中针对干扰变量的补偿元件连接到框架。

Description

具有杠杆臂的光纤加速度传感器
技术领域
本申请的实施例通常涉及通过嵌入在光纤中的传感器检测测量变量的光学测量设备，尤其涉及通过光纤测量系统测量加速度的测量设备和方法。具体来说，实施例涉及用于检测加速度的设备、用于检测至少两个空间方向上的加速度的设备以及用于检测加速度的方法。
背景技术
光纤传感器在高精度测量系统中越来越重要。在这种情况下，使用一个或更多个嵌入光纤的传感器，例如光纤布拉格光栅，以检测由机械变量引起的光纤伸长，并因此能够检测力、扭矩、载荷等。
使用适当的波长范围内的光辐射对集成在光纤传感器中的传感器元件进行照射，其中，根据传感器元件的配置和作用于传感器元件的机械变量，一部分照射的光被传感器反射和/或透射，并能够被引导至评估和分析单元。由于作用力，光纤线缆被拉长，光纤布拉格光栅的反射波长或透射波长发生变化。这种波长变化能够在分析单元中检测到，并能够用于检测作用于传感器元件的机械影响。
在传感器元件处反射的光辐射或由传感器元件透射的光辐射的强度和/或波长范围表现出受所施加机械变量影响的特征。集成到光学传感器光纤中的光纤传感器元件尤其对传感器光纤的伸长敏感，从而影响由传感器元件反射或由传感器元件透射的波长光谱。
此外，加速度的检测对于测量和控制技术中的许多应用很重要。在这种情况下，期望简单而精确地制造相应的光学测量系统。通常，光纤加速度传感器是通过将光纤连接到质量块制成。在这种情况下，还应注意为不同的测量任务提供不同的灵敏度或测量范围。
另外，应注意光纤的伸长以及由此光纤中的光学传感器元件的伸长和/或光纤布拉格光栅结构的变化，不仅取决于要测量的机械变量，例如力，而且还受到诸如温度波动之类的不期望的干扰变量的影响。因此，期望消除或至少减少在检测目标变量时对测量精度有影响的干扰变量。
发明内容
本发明提供一种用于检测加速度的设备、用于检测至少两个空间方向上的加速度的设备和用于加速度检测的方法。本发明的优选实施例和实施例的具体方面来自从属权利要求。
根据实施例，提供了用于检测加速度的设备。该设备包括框架；质量块；连接到质量块的杠杆臂，其中质量块设置在第一杠杆位置处；具有光纤传感器的光纤；以及针对干扰变量的补偿元件，其中针对干扰变量的补偿元件连接到杠杆臂或质量块，并且其中针对干扰变量的补偿元件连接到框架。
根据另一实施例，提供了用于检测至少两个空间方向上的加速度的设备。该设备包括至少两个用于检测一个空间方向上的加速度的设备，其中至少两个设备的各框架相互连接。
根据另一实施例，提供了用于检测加速度的方法。该方法包括将电磁辐射照射到本发明实施例之一的设备中；检测受该设备影响的电磁辐射提供的光学信号；以及评估该光学信号。
附图说明
示例性实施例在附图中示出，并在以下描述中更详细地解释。如图所示：
图1示出了传感器光纤，其包括形成为光纤布拉格光栅的用于测量光纤伸长的集成传感器元件；
图2示出了具有杠杆臂的用于测量加速度的设备的示意图和本发明的实施例；
图3A示出了根据本发明实施例的用于测量加速度的另一设备的示意图，该设备具有杠杆臂和与之相连的光纤以及例如框架形式的安装件；
图3B和图3C示出了根据本发明实施例的用于测量加速度的另一设备的示意图，该设备具有杠杆臂和光纤以及例如框架形式的安装件；
图4示出了根据本发明实施例的具有杠杆臂和与其连接的光纤的用于测量加速度的另一设备的示意图，其中将根据本发明的实施例描述测量范围和/或灵敏度的设置；
图5示出了根据本发明实施例的用于测量加速度的另一设备的示意图，该设备具有杠杆臂和与之相连的光纤以及例如框架形式的安装件；
图6A和图6B示出了根据本发明实施例的用于测量加速度的另一设备的示意图，该设备具有杠杆臂和与其连接的光纤以及例如框架形式的安装件，其中使用阻尼元件，例如用于温度补偿；
图7示出了根据本发明实施例的用于测量三个空间方向上的加速度的设备的示意图，该设备在每种情况下都具有杠杆臂和与其连接的光纤；
图8示出了根据本发明实施例的具有用于测量加速度的设备的测量装置的示意图，该设备具有杠杆臂和与其连接的光纤；以及
图9示出了根据本发明的实施例用于说明用于检测加速度的方法的流程图。
在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相同的部件或步骤。
具体实施方式
在下文中，会详细参考本发明的各种实施例，其中的一个或更多个示例在附图中示出。
本文所述的本发明实施例尤其涉及通过光纤测量系统检测加速度的设备和方法。在设备(例如光纤测量系统)中，提供了例如至少一个具有布拉格波长的光纤布拉格光栅。用原初光照射光纤布拉格光栅，并且用机械变量作用于光纤布拉格光栅上，使得该光纤布拉格光栅的布拉格波长被机械变量改变。
在检测到由原初光引起并通过光纤布拉格光栅的布拉格波长根据机械变量进行了修正的二次光后，对光学信号进行评估。机械变量通常是光纤的伸长，该光纤连接到杠杆臂和另一位置，使得施加在杠杆臂上的力引发光纤的伸长(正或负)。施加在杠杆臂上的力是由于同样与杠杆臂连接的质量块的加速度引起的。杠杆臂的使用以及杠杆臂、光纤、质量块和安装件或外壳或框架之间的合作效应，分别允许定义传感器的灵敏度、定义传感器的测量范围和/或降低或抑制由温度引起的干扰信号。
根据本发明实施例，框架、杠杆臂、光纤和质量块之间存在相关性。这种相关性尤其能够影响干扰变量(例如温度波动)对测量的破坏。对于补偿干扰变量，例如，对于补偿温度，对元件去耦能够是有利的。本发明的实施例包括用于补偿干扰变量(例如用于温度补偿)的补偿元件。补偿元件能够被设置为独立于杠杆臂的光纤安装件。此外，或者作为替代方案，还能够设置其他补偿元件作为阻尼元件。
图1示出了集成到光纤中并具有光纤布拉格光栅106的传感器或传感器单元100。尽管在图1中仅示出单个光纤布拉格光栅106，但是应当理解，本发明不限于从单个光纤布拉格光栅106获取数据，而是能够沿着透射光纤、传感器光纤或光纤104布置多个光纤布拉格光栅106。
因此，图1仅示出形成为传感器光纤或光纤104的光波导的一部分，其中该传感器光纤对光纤伸长敏感(参见箭头108)。这里应当指出，术语“光学”或“光”应该是指电磁波谱中的波长范围，其能够从紫外光谱范围经由可见光谱范围延伸到红外光谱范围。通过以下等式来获得光纤布拉格光栅106的平均波长，即所谓的布拉格波长λB：
λB＝2·nk·Λ.
在这种情况下，nk是光纤104的芯的基本模式的有效折射率，而Λ是光纤布拉格光栅106的空间光栅周期(调制周期)。
由反射响应的半峰宽给出的光谱宽度取决于光纤布拉格光栅106沿传感器光纤的伸长。由于光纤布拉格光栅106的作用，光在传感器光纤内的传播因此取决于例如作用于传感器光纤(即光纤104、特别是传感器光纤内的光纤布拉格光栅106)的力、力矩和机械张力以及温度。
如图1中所示，电磁辐射14或原初光从左侧进入光纤104，其中，电磁辐射14的一部分作为透射光16以与电磁辐射14相比变化的波长特性离开。另外，可以在光纤的输入端(即还射入电磁辐射14的一端)接收反射光15，其中反射光15同样具有改变的波长分布。根据本文所述的实施例，用于检测和评估的光学信号能够通过反射光、透射光以及其二者的组合来提供。
在电磁辐射14或原初光在宽光谱范围内照射的情况下，在透射光16中产生透射最小值而不是布拉格波长。在反射光中在此产生反射最大值。分别检测和评估透射最小值或反射最大值的强度或相应波长范围内的强度产生一种信号，该信号能够根据光纤104的长度变化来评估，并且因此表示力或加速度。
图2示出用于检测加速度的设备200。该设备包括连接到杠杆臂206的质量块202。杠杆臂206具有固定点222，使得允许杠杆臂和质量块的移动，如箭头223所示。此外，具有光纤布拉格光栅106的光纤104连接到杠杆臂206。在这种情况下，传感器光纤通过紧固元件212连接到杠杆臂206。根据典型的实施例，紧固元件可以是连接接头或夹持设备。质量块202在第一杠杆位置处连接到杠杆臂206，并且光纤104在第二杠杆位置处连接到杠杆臂206。箭头223所示的质量块或杠杆臂的移动分别导致箭头108所示的光纤104的长度变化，或者对光纤104的力作用。因此，光纤布拉格光栅106产生光学信号(例如由原初光或电磁辐射14反射产生的反射光15)的变化波长特性，该变化波长特性取决于长度的伸长或变化。
在传统的加速度传感器中，通常通过弹簧机构来限制质量块在一个或更多个空间方向上的移动。在最简单的情况下，质量块只能在一个方向移动。在该方向上，传感器光纤连接到质量块，传感器光纤随着质量块的移动而伸长。在这种布置中，光纤的最大伸长和灵敏度由质量块的重量和光纤的刚度给出。在这种情况下，仅能够增大质量块来提高这种传感器的灵敏度。对于敏感型传感器，这可能导致质量块高达几百克。这种设备的另一个缺点是，在这种情况下，光纤和质量块系统的谐振频率f具有因此随质量的增加而减小的相关性f～(k/m)的根。在这种情况下，k是光纤和质量块系统的弹簧刚度。由于最小的弹簧刚度受到光纤的刚度的限制，因此仅能够配置有限的范围。
通过使用杠杆臂能够取消或减少对待配置范围的限制。如图4中所示但也已能够在图2中看出的，光纤104沿着杠杆臂206的连接位置的变化，即光纤104所连接到的第二杠杆位置的变化，允许改变用于检测加速度的设备的灵敏度。因此，可以在不改变质量块202的情况下改变灵敏度，从而影响共振频率。
因此，本发明的实施例允许打破光纤刚度、灵敏度和共振频率之间的相关性。通过使用机械杠杆，光纤偏转与所需力的关系变得可任意配置。此外，即使质量块较小或质量块恒定，使用杠杆臂也可以增加光纤上的力。
由箭头223表示的移动是杠杆臂206或质量块202在图2的纸平面中的移动。通常，固定点222能够被设计成使得移动仅发生在一个平面中。然而，根据另一实施例，移动也可以发生在两个平面或甚至三个平面中。在这种具有多个移动平面的实施例中，其他各自具有光纤布拉格光栅106的光纤104能够连接到杠杆臂206，使得能够在几个空间方向上执行加速度检测。然而，根据典型的实施例，如参照图7所描述的，已实现用于多维检测加速度的设备。
图3A示出用于检测加速度的设备200的另一实施例。与图2类似，质量块202在第一杠杆臂位置处连接到杠杆臂206。具有光纤布拉格光栅106的光纤104连接到光纤安装件，其中光纤安装件204连接到杠杆臂206，使得质量块202、杠杆臂206和光纤安装件204的移动(如箭头223所示)导致光纤长度如箭头108所示的变化。根据一些实施例(其能够与其他实施例结合)，杠杆臂206的旋转点和光纤安装件204的旋转点能够由弹簧322提供。机械弹簧能够是例如金属板，即薄金属板，其垂直于图3A中的纸平面延伸。这允许光纤安装件或梁或杠杆臂的自由旋转。例如，通过使用弹簧322(如板簧)，自由旋转仅限于传感器平面中的旋转方向。相应的固定点通常位于弹簧322内，并且由弹簧或弹簧附件的特性预先限定。弹簧322被夹持在安装件302中或连接到安装件302。
根据典型的实施例，安装件能够设计为框架。在这种情况下，框架可以具有第一前表面302A，弹簧322连接到该第一前表面或弹簧322被夹持到该第一前表面中。在夹持弹簧的情况下，前表面302A可以是两部分设计。此外，框架的前表面302B可与第一前表面302A相邻。另一前表面302C可以赋予框架足够的稳定性，但不一定是本发明的实施例所需要的。这尤其适用于前表面302A和302B具有足够刚度的情况。
光纤104通过紧固元件312连接到安装件，例如前表面302B。紧固元件312能够由粘合点或夹持设备提供。此外，光纤104通过至少一个紧固元件212连接到杠杆臂206，图3A中示出两个紧固元件212，例如两个粘合点。根据能与本文所述其他实施例结合的典型实施例，在通过紧固元件212或312将光纤连接到安装件302或杠杆臂206之前，对光纤进行预紧。在这种情况下，光纤在图3A中的前下侧302B和杠杆臂206之间被预紧，并且在图3A中的前上侧302B和杠杆臂206之间被预紧。预紧分别使杠杆臂206和质量块202的位置稳定。另外，在没有使光纤104弯曲的风险的情况下，能够利用任意伸长，即正伸长(拉伸)和负伸长(压缩)。
根据能与其他实施例结合的典型实施例，用于检测加速度的设备包括机械弹簧、杠杆臂或梁、质量块、框架和具有光纤布拉格光栅(FBG)的光纤，该机械弹簧允许杠杆臂或梁围绕固定点自由旋转。另外，光纤安装件和/或阻尼元件可用于温度补偿或其他干扰变量的补偿。弹簧能够用作梁或杠杆臂的固定点。
例如，由于使用薄金属板作为弹簧元件，因此，梁的移动受限于传感器平面的旋转方向。与之垂直的移动受到金属板相当高刚度的限制。这也允许在横向位置的测量。光纤(即测量光纤)在框架中被预紧并且连接(例如粘合)到梁。当质量块加速时，通过杠杆或杠杆和光纤安装件向光纤中引入力，杠杆系数或杠杆和光纤安装件的杠杆系数使该力增强。这会导致测量光纤的伸长，该伸长与加速度成正比。通过设置杠杆长度，能够设置灵敏度和共振频率。本发明的实施例允许实现可靠的加速度传感器，从而实现简单且精确的制造，甚至可以实现精确的手动制造。
本发明的典型实施例允许其他有利的设计。如图3A中的示例所示，由于环境温度的变化，安装件302或构成安装件的框架的伸长发生变化。这能够导致光纤104的长度变化，该长度变化不是由质量块202的加速度引起的。因此，根据可与本文所述其他实施例结合的典型实施例，框架材料或光纤安装件材料的选择如下。
在给定温度下，安装件302或具有前表面302A和302C的框架沿光纤104的轴线方向具有预定尺寸。另外，光纤安装件204在光纤104的轴线方向上具有预定尺寸。由于这个方向上的尺寸不同，因此，在热膨胀系数相同时，温度变化会导致不同的热膨胀。因此，根据能够与本文所述其他实施例结合的典型实施例，安装件302的材料被选择为与光纤安装件的材料相比具有较低的热膨胀系数。
例如，能够提供具有5ppm/k至27ppm/k(例如23ppm/k)的热膨胀系数的安装件302。能够提供具有至少30ppm/k(例如，30ppm/k至100ppm/k，例如50ppm/k)的热膨胀系数的光纤安装件204。例如，光纤安装件能够由聚醚酰亚胺(PEI)制成。质量块和/或可能地杠杆臂能够作为由与光纤安装件不同的另一种材料(例如铁、钢或根据一些实施例密度大于5g/cm3的其他材料)制成的振荡质量块提供。
此外，在本文上下文中有利的是，光纤安装件在光纤104的纵向轴线方向上的尺寸在相应方向上具有安装件302的尺寸的至少20％或至少40％。在选择沿光纤纵向轴线方向的光纤安装件尺寸和选择热膨胀系数时，应另外注意用于连接光纤104的紧固元件312或212是否安装在安装件的相应内侧或外侧或光纤安装件的上侧或下侧。在这种情况下，相应的调整允许选择相应的材料和尺寸。
根据能够与本文所述的其他实施例结合的其他实施例，光纤安装件的厚度至少为6mm，例如，大约为10mm。梁的厚度是基本上平行于光纤104的纵向轴线方向的膨胀量。将30ppm/k及以上的膨胀系数与本文所述的杠杆臂尺寸(厚度)相结合具有改进温度补偿的优点。此外，根据本发明的一些实施例，可以相对于彼此独立地设置杠杆臂和光纤安装件。能够将光纤安装件调整为适应安装件302的热膨胀。具有质量块的杠杆臂或具有附加质量块的杠杆臂可独立于用于传感器灵敏度的光纤安装件的选择进行选择。
选择具有相应热膨胀系数的材料能够显著降低或消除温度变化的影响。例如，光纤的伸长能够降低到几pm/开尔文或低于重力的1％。
图3B示出用于检测加速度的设备200的另一实施例。光纤104被夹持在框架302中。为了测量质量块202的偏转，设置了光纤布拉格光栅106。此外，光纤104连接到光纤安装件204。光纤安装件204连接到框架302。此外，光纤安装件204连接到杠杆臂206。杠杆臂206连接到用于测量加速度的质量块202，例如振荡质量块。根据本文所述的能够与其他实施例结合的一些实施例，光纤安装件204、杠杆臂206和质量块202形成杠杆或可移动装置，其中质量块202的加速度或质量块202和杠杆臂206的加速度会导致光纤104的伸长或压缩。在图3B中，光纤安装件204比杠杆臂206厚。根据另一实施例，光纤安装件也可以比杠杆臂206薄。(例如参见图3C)。由于光纤安装件和杠杆臂的分离，光纤安装件可以设计为独立于杠杆臂的补偿元件。
光纤安装件204和杠杆臂206的分离允许用于补偿干扰变量(例如温度补偿)的参数和用于传感器灵敏度的参数(例如杠杆臂的长度)相对于彼此独立地设置。这实现了改进的温度补偿。改进的温度补偿还导致在设备生产中更容易设置工作点。例如，当加热传感器以固化粘合物质时，改进的温度补偿导致布拉格波长的位移减小。
另外，根据本文所述的一些实施例，温度灵敏度能够由光纤安装件的高度(传感器光纤方向上的尺寸)提供。这可以在基本上独立于杠杆臂的情况下进行，使得减少干扰变量补偿参数与传感器灵敏度参数之间的相互作用。在这方面，传感器安装件能够设计为使得传感器安装件形成比例约为1:1的杠杆，使得光纤安装件的设计不会影响杠杆比例。
图3C示出可与其他实施例结合的其他实施例。与图3B相反，用于检测加速度的设备200包括光纤安装件204和与质量块303一体形成的杠杆臂。质量块和杠杆臂的结合可以使设备200的生产更容易。传感器安装件和杠杆臂的分离可以特别地限定这样的传感器安装件形成比例为0.8:1至1:0.8的杠杆，因此大致为比例为1:1的杠杆。
另外，图3C示出本文所述实施例的可选设计，其中仅在框架302和可移动组件或可移动装置之间(例如，在光纤安装件204和与质量块303一体形成的杠杆臂之间)在一个方向上提供光纤。如参考图6A和图6B更详细地描述的，这与阻尼元件结合可能是特别有利的。这允许减少质量块直接或间接地连接到框架302的接触点的数量。因此，能够减小张力。
图4示出用于检测加速度的另一设备200。图4示出连接到杠杆臂206的质量块202。图4中所示的杠杆臂206连接到具有多个开口406A、406B和406C的光纤安装件204，光纤104被引导穿过这些开口。如果光纤安装件有多个开口，则光纤安装件也能够提供杠杆臂的部分。在被引导穿过杠杆臂中的开口之后，光纤通过紧固元件112(如粘合剂接头)连接到光纤安装件204。此外，光纤104通过紧固元件312(例如粘合剂接头)连接到安装件302。
此外，图4还示出了在光纤104的一端处设置的端接器440。端接器440减少了光纤端处的反射。这允许减少不利地影响光学信号的光纤端处的反射。除了在光纤104的光纤布拉格光栅处的电磁辐射14或原初光的反射(该反射导致光学信号的光谱线变化，例如反射光15的光谱线变化)之外，光纤端处的反射也可以叠加在测量信号或光学信号上。端接器440允许减少或防止与反射信号的这种叠加，该叠加代表干扰信号。也可以在本文所述的其他实施例中使用端接器。
图4还示出用于产生用于检测加速度以及分别限定加速度传感器的灵敏度和测量范围的设备200的实施例。根据能够与其他实施例结合的典型实施例，构成安装件302的框架前表面能够为两部分设计。弹簧322被夹持在前表面的第一部分402A1和第二部分402A2之间。通过选择弹簧322的厚度，或通过在前表面的各个部分和弹簧322之间用附加金属板作为弹簧322的内衬，甚至在通过紧固元件312进行粘合过程之后，也可以设置光纤104的预紧。这允许简单地调节或改变光纤104的预紧。
此外，至少有两种选择灵敏度或测量范围的方法。一方面，可以使用较小的质量块402代替质量块202。另一方面，光纤104能够被引导穿过开口406A、406B或406C之一。因此，连接位置相对于杠杆臂206发生变化，该附近位置是指光纤的第二杠杆臂位置。在质量块与杠杆臂206连接处的固定第一杠杆臂位置(以及固定的杠杆臂固定点)处，能够通过选择第二杠杆臂位置来设置施加在光纤上的力的杠杆作用。
在根据本文所述实施例的用于检测加速度的设备的生产或调整的典型实施例中，在定义区域或定义灵敏度的背景下，首先改变质量块。为此，光纤安装件、杠杆臂和质量块的三部分布置设计可以尤其方便。如果相应的改变不够或导致质量块过小或过大，则可以另外改变第二杠杆臂位置。例如，可以通过选择光纤安装件204的相应开口来完成此操作。根据替代实施例，能够在光纤安装件中使用长方形开口，而不是多个开口，使得能够实现第二杠杆臂位置的连续位移。
图5示出用于检测加速度的另一设备200。与以上参考图1-4描述的实施例相比，图5分别说明了两个另外的方面、特征和细节，这些方面能够彼此独立，也能够与前述实施例结合使用。为了简化起见，不重复已经描述的其他实施例的方面、特征和细节。
作为与弹簧322(例如可以设计为薄弹簧金属板)不同的第一修改，图5示出旋转接头或旋转轴522，杠杆臂206连接到该旋转接头或旋转轴522。旋转轴522形成对于光纤安装件204、杠杆臂206和质量块202在传感器平面(即图5中的纸平面)中移动的固定点。在这种情况下，使用旋转接头或旋转轴可以导致偏离传感器平面的平面中的刚度增加。这提高了测量精度。
作为能够作为附加实施或替代实施的第二修改，在光纤104中除了第一光纤布拉格光栅106外，还设置第二光纤布拉格光栅506。当质量块202或杠杆臂206并且因此光纤安装件移动时，光纤布拉格光栅106区域内的正伸长，如箭头108所示，反过来导致光纤布拉格光栅506内的负伸长，如箭头508所示。相反，光纤布拉格光栅106中的负伸长导致光纤布拉格光栅506中的正伸长。在图5所示的实施例中，在光纤布拉格光栅106和光纤布拉格光栅506处对电磁辐射14(例如原初光)进行了改变。由此产生的光学信号，例如形成光学信号的透射光或反射光15，具有更多信息内容。这确保在第一光纤布拉格光栅和第二光纤布拉格光栅的波长区域进行测量。这允许简单地提高测量精度。
图6A和图6B示出用于检测加速度的另一设备200。质量块202通过杠杆臂或光纤安装件连接到弹簧322，该弹簧322形成传感器平面中的固定旋转点。由于光纤104连接到杠杆臂或光纤安装件，具有光纤布拉格光栅106的光纤104在杠杆臂或质量块移动时导致光纤伸长。如图4中已经示出的，端接器440同样设置在图6中光纤104的光纤端处。
图6A和图6B还示出阻尼元件602。阻尼元件602能够可以在光纤安装件或杠杆臂与光纤或光纤布拉格光栅相对的一侧。在质量块202的加速之后，在随后的恒定速度下由于该加速度而产生的激励会导致系统在固有频率下的振动。这种振动通常在短时间内衰减。为了放大阻尼或加速衰减，可以插入阻尼元件。
根据能够与其他实施例结合的典型实施例，阻尼元件能够由元件例如硅酮棒来提供。此外，如果阻尼元件以杆的形式设置在杠杆臂或光纤安装件和框架302之间，则还可以使用阻尼元件进行温度补偿。阻尼元件能够设置在设备200的框架和可移动装置之间，并处于预紧状态。
在图6A中，在杠杆臂204和与其连接的光纤104之间设置阻尼元件602。质量块202连接到杠杆臂204。杠杆臂204通过弹簧322或允许质量块202旋转的其他元件连接到框架302。例如杆形式的阻尼元件602允许确保在生产中设置工作点。为此，可以提供作用于阻尼元件的定向预紧或作用于光纤的预紧。能够设置光纤和/或阻尼元件的预紧。优选能够设置阻尼元件的预紧。通过选择杆的材料，例如硅酮或橡胶，传感器的温度灵敏度可以降低到几pm/k。杆形式的阻尼元件602能够用作温度补偿元件。
图6B示出在杠杆臂206和框架302之间设置的阻尼元件602(例如杆)的另一实施例。替代地，阻尼元件602可以设置在光纤安装件204和框架302之间。在图6B中，设备200的可移动装置由光纤安装件204、杠杆臂206和质量块202提供。它们通过弹簧或用于确定旋转轴线的其他元件连接到框架302。此外，根据图6A和图6B的实施例可以具有端接器440。
本发明的实施例允许具有杠杆臂204和质量块202的可移动装置或包括光纤安装件204、杠杆臂206和质量块202的可移动装置仅在3个位置处连接到框架302。在温度波动或移动的情况下，该连接降低了作用于可移动装置的张力。通过限制框架上的连接点来减小张力会延长用于测量加速度的设备200的使用寿命。根据本文所述的实施例，可移动装置与框架302的三个连接点可以通过弹簧或另一旋转轴、与光纤的连接和以杆形式的阻尼元件来提供。
图7示出用于检测加速度的另一设备，其中，特别是能够检测在几个空间方向上的加速度。图7示出用于检测所有三个空间方向上的加速度的设备。图7中的设备示出第一加速度传感器200A、第二加速度传感器200B和第三加速度传感器200C，其中每个加速度传感器根据本文所述的用于检测加速度的实施例之一形成。每个加速度传感器分别包括具有相应光纤布拉格光栅的光纤104A、104B和104C、质量块202A、202B和202C、杠杆臂206A、206B和206C，如有需要，光纤安装件(图7中未示出)以及框架702A、702B、702C。如图3A-6B所示，由于安装件302被实施为框架，因此可以以特别简单的方式提供至少两个加速度传感器或者如图7所示的三个加速度传感器的组合。因此，可以特别容易地将上述加速度传感器组装成多维传感器。
图8示出用于通过根据本文所述实施例的用于检测加速度的设备来检测加速度的典型测量系统。该系统包括一个或更多个设备200。该系统具有用于电磁辐射源802，例如原初光源。该源用于提供能够照射该设备200的至少一个光学传感器元件的光辐射。为此，在原初光源802和第一光纤耦合器804之间设置光透射光纤803。光纤耦合器将原初光耦合到光纤104中。源802可以例如是宽带光源、激光、LED(发光二极管)、SLD(超发光二极管)、ASE光源(放大自发射光源)或SOA(半导体光放大器)。对于本文描述的实施例，也可以使用相同或不同类型的几个源(参见上文)。
光学传感器元件(通常为光纤布拉格光栅)集成在传感器光纤104中。光学传感器元件反射的光又经由光纤耦合器804被引导，该光纤耦合器804将光经由透射光纤805引导至检测器806。尤其是当如图5中所示使用多个FBG时，还可以使用滤光装置(未示出)过滤光学信号或二次光。滤光装置可以包括选自以下的滤光器：薄膜滤光器、光纤布拉格光栅、LPG、阵列波导光栅(AWG)、阶梯光栅、光栅阵列、棱镜、干涉仪及其任意组合。
一个或更多个检测器(如果应用需要)检测光学信号，即测量信号，并将其提供给评估单元，以生成与加速度相对应的信号。通常，检测器检测电磁辐射强度，其中只能够专门进行强度测量，或者替代地，还能够进行光谱分辨强度测量。
图9示出根据本文所述实施例的用于检测加速度的测量方法的流程图。在步骤902中，根据本文所述的实施例，将电磁辐射照射到用于检测加速度的设备中。在步骤904中，检测受设备影响的电磁辐射提供的光学信号，即二次光或测量光。在步骤906中，评估该光学信号以获得与加速度相对应的信号。
尽管以上基于典型示例性实施例描述了本发明，但是本发明并不限于此，而是能够以多种方式进行修改。本发明也不限于上述的应用选择。

Claims (12)

1.一种用于检测加速度的设备，包括：
框架；
质量块；
连接到质量块的杠杆臂，其中，所述质量块设置在第一杠杆位置处；
具有光纤传感器的光纤；以及
针对干扰变量的补偿元件，其中，所述针对干扰变量的补偿元件连接到杠杆臂或质量块，并且其中所述针对干扰变量的补偿元件连接到框架。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述补偿元件是温度补偿元件。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其中，所述补偿元件是连接到框架的光纤安装件，使得质量块连接到杠杆臂，杠杆臂连接到光纤安装件，并且光纤安装件连接到框架。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述杠杆臂以能围绕旋转轴线旋转的方式直接或通过光纤安装件连接到固定点。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述旋转围绕空间上固定的旋转轴线进行。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，所述框架的热膨胀系数是针对干扰变量的补偿元件的热膨胀系数的至多1/1.5。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述补偿元件是杆形式的阻尼元件。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述杆设置在杠杆臂和框架之间，或者在质量块和框架之间，或者如果存在，在光纤安装件和框架之间。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的设备，其中，所述杆是预紧的和/或其中所述杆包含硅酮。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，所述光纤在第二杠杆位置处连接到杠杆臂或光纤安装件。
11.一种用于检测至少两个空间方向上的加速度的设备，包括：
至少两个根据权利要求1至10中任一项所述的设备，特别是三个根据权利要求1至10中任一项所述的设备，其中，至少两个设备的相应框架相互连接。
12.一种用于检测加速度的方法，包括：
将电磁辐射照射到根据权利要求1至11中任一项所述的设备中；
检测受设备影响的电磁辐射提供的光学信号；以及
评估该光学信号。
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