CN116609548B - 一种可测倾角的三维光纤加速度传感器系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光纤检测技术领域，提供一种可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，包括传感器和控制器。传感器包括壳体和设置在壳体内的固定件、悬臂梁、质量块、光纤光栅、倾角测量模块。控制器通过光缆与悬臂梁组件、倾角测量模块相连，被配置为根据光纤光栅的拉伸量或压缩量，计算传感器的第一加速度，根据倾角测量模块输出的第二加速度计算夹角，再根据夹角和第一加速度计算传感器的实际加速度。本申请中的传感器处于非理想姿态时，能够通过测量并计算传感器当前姿态与理想姿态之间的夹角，保证了地质监测精度。具有无源不带电，抗电磁干扰、传输距离远、成本低、测量精度高等优点，适用于不同的恶劣地质环境。

Description

一种可测倾角的三维光纤加速度传感器系统

技术领域

本申请涉及光纤检测技术领域，尤其涉及一种可测倾角的三维光纤加速度传感器系统。

背景技术

近年来，随着煤矿开采深度的不断增加及开采强度的不断加大，冲击地压已成为深部矿井开采面临的主要动力灾害之一。所以，在矿山或露天矿井等恶劣环境下通常需要进行微震监测，由于光纤加速度传感器具有无源不带电、灵敏度高、抗电磁干扰、传输距离远等显著优点，现已成为矿山高精度微震监测的重要技术手段，广泛应用于矿山、边坡、隧道等安全监测领域。

在光纤加速度传感器安装或工作过程中，安装姿态通常需要依靠施工者的经验进行判断，极大的影响了微震监测的精确度。若安装姿态与理想姿态发生偏移，光纤加速度传感器实际感应轴与理想感应轴方向存在一定角度的误差，导致微震监测数据劣化。或者在工作过程中，由于岩石破裂等原因导致的光纤加速度传感器的姿态变化，同样会存在一定的角度误差，影响监测效果。

发明内容

本申请提供了一种可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，以解决现有传感器无法检测倾角而导致监测精度低的技术问题。

本申请提供一种可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，其特征在于，包括：传感器，传感器包括：壳体；固定件，连接在壳体的内壁，固定件为长方体结构；多个悬臂梁组件，设置在固定件的不同侧壁上；悬臂梁组件包括：悬臂梁，一端设置在固定件的侧壁；其中，多个悬臂梁的延伸方向分别与第一空间直角坐标系的X轴、Y轴、Z轴的延伸方向相同；其中，第一空间直角坐标系是以传感器的第一顶点为原点建立的空间直角坐标系；质量块，设置在悬臂梁的另一端；质量块被配置为：在外界环境振动时产生振动，以带动悬臂梁振动，使悬臂梁在第一空间直角坐标系的位置发生改变；光纤光栅，连接在悬臂梁上，且光纤光栅的延伸方向与悬臂梁的延伸方向相同；光纤光栅被配置为：在悬臂梁振动时，产生拉伸或压缩；控制器，设置在壳体外，通过光缆与悬臂梁组件相连，控制器被配置为：根据光纤光栅的拉伸量或压缩量，计算在外界环境振动时，传感器分别沿第二空间直角坐标系的X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度；其中，第二空间直角坐标系是第一空间直角坐标系的位置发生改变之后所形成的空间直角坐标系；传感器还包括，倾角测量模块，设置在固定件的侧壁上，通过光缆与控制器相连，被配置为：输出传感器分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的第二加速度；其中，第二加速度为传感器的重力加速度分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴方向的分量；控制器还被配置为：接收并根据第二加速度计算传感器分别与X轴、Y轴、Z轴的夹角；并根据夹角与第一加速度计算传感器的实际加速度。

在一种可实现的方式中，实际加速度为第一加速度与夹角余弦值的比值。

在一种可实现的方式中，夹角包括传感器安装时的安装夹角与传感器振动时的振动夹角之和；其中，安装夹角为传感器安装时分别与X轴、Y轴、Z轴的夹角，安装夹角大于或等于0°；倾角测量模块被配置为：根据传感器的重力加速度计算传感器分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的第二加速度。

在一种可实现的方式中，计算在外界环境振动时，传感器分别沿第二空间直角坐标系的X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度，包括：在外界环境振动时，光纤光栅产生拉伸量或压缩量，以使光纤光栅的中心波长变化；控制器还被配置为，根据光纤光栅的中心波长的变化计算第一加速度。

在一种可实现的方式中，控制器还被配置为，检测光纤光栅分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的轴向应变和中心波长，根据轴向应变、中心波长、质量块的质量和光纤光栅的长度计算光纤光栅的中心波长变化量，并根据中心波长变化量计算第一加速度。

在一种可实现的方式中，根据轴向应变、中心波长、质量块的质量和光纤光栅的长度计算光纤光栅的中心波长变化量，包括：利用公式1进行求导，计算外界振动信号的振幅，公式1为：/>；其中，/>为传感器分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度，/>为系统的等效刚度，/>为系统的阻尼系数，/>为质量块的质量，/>为质量块分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的位移；/>，/>为滞后相位角，；计算得到振幅/>；/>是质量块的角频率，/>为系统的固有角频率，/>为系统的阻尼比；t为振动时间；将振幅A和公式2带入公式3中，计算中心波长变化量/>，公式2为：/>；其中，/>为光纤光栅的长度，/>为光纤光栅分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的轴向应变；公式3为：/>；其中，/>为中心波长，/>为光纤光栅的有效弹光系数；计算得到中心波长变化量。

在一种可实现的方式中，悬臂梁的两端的端部设有凸起，光纤光栅粘结在两个凸起上。

在一种可实现的方式中，悬臂梁从远离质量块的一端向靠近质量块的一端延伸的过程中，悬臂梁的截面尺寸不断减小。

在一种可实现的方式中，悬臂梁的数量为三个；悬臂梁的宽度大于悬臂梁的厚度。

在一种可实现的方式中，悬臂梁、质量块和固定件一体成型。

本申请提供的可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，包括传感器和控制器，传感器包括倾角测量模块，在传感器处于非理想姿态时，能够通过测量并计算传感器当前姿态与理想姿态之间的夹角，从而补偿传感器的第一加速度，得到实际的加速度，保证了地质监测精度。而且传感器通过光缆传输数据，具有无源不带电，抗电磁干扰、传输距离远、成本低、测量精度高等优点，适用于不同的恶劣地质环境。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的传感器的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的悬臂梁组件的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的传感器的理想姿态的示意图；

图4是本申请实施例提供的传感器的倾斜姿态的示意图；

图5是本申请实施例提供的质量块和光纤光栅沿x方向的振动力学简化模型的示意图。

图示标记：

100-传感器；110-壳体；120-固定件；130-悬臂梁组件；131-悬臂梁；1311-凸起；132-质量块；133-光纤光栅；140-倾角测量模块；200-控制器；300-光缆。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他实施例，都属于本申请的保护范围。

以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请中，“上”、“下”、“内”、“外”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

近年来，随着煤矿开采深度的不断增加及开采强度的不断加大，冲击地压已成为深部矿井开采面临的主要动力灾害之一。多发的冲击地压重特大事故，严重威胁煤矿的安全高效生产。

通常，采用光纤加速度传感器进行矿山或露天矿井等恶劣环境下的微震监测，由于光纤加速度传感器具有无源不带电、灵敏度高、抗电磁干扰、传输距离远等显著优点，现已成为矿山高精度微震监测的重要技术手段，广泛应用于矿山、边坡、隧道等安全监测领域。

但是在恶劣环境下安装光纤加速度传感器时，通常采用肉眼观察的方法进行安装角度的确定，容易导致安装姿态出现偏差，降低数据采集的质量，影响矿山微震事件的评估和分析。同时，在加速度传感器工作过程中，由于岩石破裂等外界环境振动的原因对传感器造成冲击，导致安装姿态发生轻微变化，从而使监测数据与微震监测状态产生偏移，导致监测结果不准确。因此，上述原因导致的光纤传感器姿态发生变化而与理想姿态产生而夹角时，监测结果并不准确，影响对地质微震的监测精度。

为解决上述技术问题的存在，本申请提出一种可以监测倾角的三维光纤加速度传感器系统，可以对传感器处于非理想姿态下产生的夹角进行校正，从而保证监测结果。其中，倾角是指，传感器在倾斜状态下，当前姿态与理想姿态之间的夹角。

图1是本申请实施例提供的传感器系统的结构示意图。图2是本申请实施例提供的悬臂梁组件的结构示意图。

参见图1和图2，本申请实施例提供的传感器系统包括传感器100和控制器200，传感器100和控制器200之间通过光缆300连接，以便数据传输。

传感器100包括壳体110和设置在壳体110内部的固定件120、悬臂梁组件130、倾角测量模块140。

壳体110可以为密封的结构，在对地质进行监测的过程中，传感器100需要埋置在地下一定深度范围内，因此需要将壳体110结构设置称为密封结构，起到对内部元件保护的目的。

固定件120连接在壳体110的内壁，且固定件120为长方体结构。之所以设置具有长方体结构的固定件120，主要是便于悬臂梁组件130的安装。可以在壳体110上设置有安装孔，通过安装孔，将固定件120固定在壳体110的内壁上。

具体地，悬臂梁组件130设置在固定件120不同的侧壁上。每组悬臂梁组件130包括一个悬臂梁131、一个质量块132和一条光纤光栅133。

其中，悬臂梁131的一端设置在固定件120的侧壁上，另一端连接有质量块132。

本申请实施例中悬臂梁组件130的数量为多个，对应的悬臂梁131的数量也为多个，多个悬臂梁131的延伸方向与第一空间直角坐标系的X轴、Y轴、Z轴的延伸方向相同。其中，第一空间直角坐标系是以传感器100的第一顶点D为原点建立的空间直角坐标系。第一顶点D可以为传感器100的壳体110上的任意一个顶点。

图3是本申请实施例提供的传感器的理想姿态的示意图。

参见图3，以第一顶点D作为原点建立空间直角坐标系。在图3中可以看出，传感器100的理想姿态可以为壳体110的正置状态。其中，正置状态可以理解为将壳体110的底面放置在水平面或者桌面时平稳不倾斜的状态。

在一个可行的实施例中，悬臂梁组件130的数量为三个，三个悬臂梁131分别沿X轴、Y轴、Z轴方向延伸。

质量块132设置在悬臂梁131远离固定件120的端部，被配置为：在外界环境振动时产生振动，以带动悬臂梁131振动，以使悬臂梁131在第一空间直角坐标系的位置发生改变。

可以理解的是，悬臂梁131一端设置在固定件120上，另一端连接有质量块132。也就是说，连接有质量块132的一端为自由端。在外界环境产生振动时（该振动可以由于地质变动或者岩石破裂等原因引起），质量块132由于惯性原因会产生振动，从而带动与其连接的悬臂梁131一同振动。由于悬臂梁131在理想姿态下分别沿第一空间直角坐标系的X轴、Y轴、Z轴方向延伸，在其被质量块132带动运动时，其在第一空间直角坐标系中的位置也随之发生改变。

光纤光栅133连接在悬臂梁131上，且光纤光栅133的延伸方向与悬臂梁131的延伸方向相同。光纤光栅133被配置为：在悬臂梁131振动时，产生拉伸或压缩。

悬臂梁131的两端设置有凸起1311，光纤光栅133粘贴在凸起1311上，从而使得光纤光栅133相对于悬臂梁131的长度是固定的，而当悬臂梁131产生运动时，光纤光栅133跟随悬臂梁131一同运动，在运动的过程中，会发生拉伸或者压缩，从而产生变形量。

另外，将光纤光栅133粘贴在凸起1311上，还可以避免光纤光栅133发生啁啾，保证监测效果。

在一个具体的实现中，悬臂梁131的宽度大于悬臂梁131的厚度，有利于减小横向干扰。悬臂梁131、质量块132和固定件120一体成型。这样，便于一体化生产，有利于提高力学性能。而且，减少不必要的连接关系，节约生产成本。

在一个具体的实现中，悬臂梁131从远离质量块132的一端向靠近质量块132的一端延伸的过程中，悬臂梁131的截面尺寸不断减小。这样，在外界环境振动时，质量块132能够带动悬臂梁131振动。

控制器200设置在壳体110外，通过光缆300与传感器100连接。控制器200被配置为：根据光纤光栅133的拉伸量或压缩量，计算在外界环境振动时，传感器100分别沿第二空间直角坐标系的X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度。其中，第二空间直角坐标系是第一空间直角坐标系的位置发生改变之后形成的空间直角坐标系。该位置改变可以由安装姿态倾斜或岩体破裂导致振动引起的，也可以是二者共同作用的结果。

图4是本申请实施例提供的传感器的倾斜姿态的示意图。

以图示方向顺时针倾斜为例，倾斜后的传感器100以图4所示，为方便阐述本申请实施例提供的传感器100在振动之中产生的姿态变化，仍以第一顶点D为原点建立第二空间直角坐标系。传感器100由第一空间直角坐标系姿态产生变化到建立第二空间直角坐标系的过程中，第一空间直角坐标系中的X轴转动角度，第一空间直角坐标系中的Y轴转动/>角度，第一空间直角坐标系中的Z轴转动/>角度。

控制器200被配置为：根据光纤光栅133的拉伸量或压缩量，计算传感器100分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度。

可以理解为，在实际监测工作中，无论是由于安装原因还是振动原因导致的传感器100处于倾斜状态，使传感器100处于非理想姿态，建立第二空间直角坐标系，控制器200被配置为：计算传感器100分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度。

可见，在传感器100处于非理想状态下，控制器200计算得到的传感器100分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴方向的第一加速度并非是传感器100分别沿X轴、Y轴、Z轴的实际加速度。

这是由于，从第一空间直角坐标系转动至第二空间直角坐标系的过程中，三个坐标轴均相应的转动了一定的角度。

具体体现在：X轴与X₀轴之间的夹角为，Y轴与Y₀轴之间的夹角为/>，Z轴与Z₀轴之间的夹角为/>。如果，仍以第一加速度作为实际的加速度，由于角度偏差/>、/>、/>的存在，这样就导致第一加速度作为实际加速度会对监测精度造成影响，无法对实际的地质进行精准监测。

因此，本申请实施例通过设置倾角测量模块140进行倾角的测量，从而对第一加速度进行补偿，得到传感器100的实际加速度。

继续参见图1，传感器100还包括倾角测量模块140，设置在固定件120的侧壁上。具体地，倾角测量模块140和悬臂梁组件130设置在固定件120不同的侧壁上。这样，避免工作过程中的相互干扰，同时提高安装空间利用率。

倾角测量模块140通过光缆300与控制器200相连，被配置为输出传感器100分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴方向的第二加速度。其中，第二加速度为传感器100分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴方向的分量。

具体地，倾角测量模块140根据传感器100的重力加速度计算传感器100分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴方向的第二加速度，并将计算得到的第二加速度通过光缆300传输至控制器200，控制器200接收第二加速度，并根据第二加速度计算传感器100在非理想姿态下分别沿X轴、Y轴、Z轴的夹角。

值得注意的是，倾角测量模块140设置在壳体110内，倾角测量模块140为传感器100的内部元件。因此，将传感器100看做一个整体结构，以壳体110的第一顶点D建立的空间直角坐标系可以理解为以倾角测量模块140为基准建立的空间直角坐标系。

在一个具体的实现中，倾角测量模块140的型号可以为ADXL354。

在一个具体的实现中，倾角测量模块140和悬臂梁组件130通过光缆300与控制器200相连。具体连接方式可以为：光缆300内设置四根光纤光栅，其中三根光纤光栅与三组悬臂梁组件130中的光纤光栅133连接，也可以采用直接将三组悬臂梁组件130中的光纤光栅133延伸至壳体110外的方式。另一根光纤光栅与倾角测量模块140连接。当然，光缆300还可以采用其他的方式连接，在此不做具体限定。

继续参见图4，假设倾角测量模块140分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴输出的第二加速度分别为、/>、/>，那么控制器200计算得到的X轴与X₀轴之间的夹角；Y轴与Y₀轴之间的夹角/>；Z轴与Z₀轴之间的夹角/>。

在控制器200计算得到传感器100分别与X轴、Y轴、Z轴的夹角之后，通过夹角补偿第一加速度。具体体现在：根据第一加速度与夹角计算传感器100的实际加速度。

具体地，实际加速度为第一加速度与夹角的余弦值的比值。

假设，传感器100沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的第一加速度分别为、/>、/>，传感器100沿X轴、Y轴、Z轴的实际加速度分别为/>、/>、/>。

那么，，/>，/>。

这样，本申请实施例提供的传感器100系统，通过将倾角测量模块140集中在一支传感器100上，可以同时解决传感器100姿态问题引起的加速度测量数据不准确的问题，为后续微震事件的监测预警提供可靠的数据。而且，倾角测量模块140信号通过光缆300传输，具有测量准确，抗电磁干扰，传输距离远的优点。

在一个具体的实现中，夹角包括传感器100安装时的安装夹角和传感器100振动时的振动夹角。具体地，安装夹角是在安装过程中，传感器100倾斜而处于非理想姿态下产生的。振动夹角是由外界环境振动导致的。例如传感器100周围岩石碎、地质振动等原因。

其中，安装夹角可以大于或等于0°，振动夹角可以大于或等于0°。也就是说，夹角可以是由安装原因单独导致的，也可以由振动原因单独导致的，还可以是二者相结合而导致的。

图5是本申请实施例提供的质量块132和光纤光栅133沿x方向的振动力学简化模型的示意图。

参见图5，以质量块132带动悬臂梁131进而带动光纤光栅133沿x方向振动为例阐述本申请实施例计算第一加速度的过程。

当传感器100受到x方向振动信号激励时，在惯性力作用下，质量块132会引起等强度悬臂梁131自由端移动，当等强度悬臂梁131在质量块132的作用下产生应变时，粘贴在悬臂梁131上的光纤光栅133也会被拉伸或压缩，光纤光栅133产生拉伸量或压缩量，从而导致光纤光栅133的中心波长变化，中心波长发生漂移。通过测量中心波长的变化就可以测量出第一加速度大小，其力学简化模型的示意图如图5所示。其中，质量块132的质量为m，K是系统的等效刚度，C是系统的阻尼系数，FBG，Fiber Bragg Grating，即为光纤布拉格光栅。

当然，与受到x方向振动相同，当传感器100受到y或者z方向振动信号激励时，质量块132在惯性力作用下引起悬臂梁131自由端自由振动，从而导致粘贴在悬臂梁131上的光纤光栅133发生拉伸或压缩，从而引起光纤光栅133中心波长的变化，通过测量光纤光栅133中心波长的变化即可测出第一加速度大小。

需要强调的是，x方向是指空间直角坐标系中的横轴方向，y方向是指空间直角坐标系的纵轴方向，z方向是指空间直角坐标系的竖轴方向。以传感器100受到x方向振动激励为例，传感器100在第一空间直角坐标系中，传感器100内部的悬臂梁131由初始的沿X轴方向延伸改变为第二空间直角坐标系中的沿X₀方向轴延伸。

控制器200被配置为检测光纤光栅133分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的轴向应变和中心波长，根据轴向应变、中心波长、质量块132的质量和光纤光栅133的长度计算光纤光栅133的中心波长变化量，并根据中心波长变化量计算第一加速度。

具体地，由牛顿第二定律，得到：

公式1；

其中，为传感器100分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度，/>为系统的等效刚度，/>为系统的阻尼系数，/>为质量块132的质量，/>为质量块132分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的位移，/>，/>为滞后相位角，/>；/>是质量块132的角频率，/>为系统的固有角频率，/>为系统的阻尼比；t为振动时间；

对公式1进行求导计算得到振幅：

。

外界加速度激励引起振动幅度的变化，导致光纤光栅133长度的变化，从而在光纤光栅133上产生应变，导致光纤光栅133波长的变化。

光纤光栅133的轴向应变为：

公式2；

其中，为光纤光栅133的长度，/>为光纤光栅133分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的轴向应变。

公式3；

其中，为中心波长，/>为光纤光栅133的有效弹光系数。

将计算得到的振幅A和公式2带入公式3中，即可得到中心波长变化量：

。

将等式两侧进行变换即可得到：。

其中，为传感器100分别沿X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度。也即，/>可以为传感器100沿X₀轴振动产生的第一加速度/>、沿Y₀轴振动产生的第一加速度/>、沿Z₀轴振动产生的第一加速度/>。

具体地，本申请实施例提出的技术方案中，传感器100安装发生倾斜时，当传感器100受到外界信号冲击时，测量出的第一加速度可以根据测出的夹角进行加速度数据的校正，从而提高监测数据的准确性。当传感器100受到外界冲击时，X、Y、Z三个方向悬臂梁131发生变形，引起三个方向光纤光栅133波长的变化，从而测出三个方向的第一加速度变化，并结合夹角的余弦值，精确计算出外界冲击的实际加速度的大小。

本申请实施例提供的传感器100包括倾角测量模块140，在传感器100处于非理想姿态时，能够通过测量并计算传感器100当前姿态与理想姿态之间的夹角，从而补偿传感器100的第一加速度，得到实际的加速度，保证了地质监测精度。而且传感器100通过光缆300传输数据，具有无源不带电，抗电磁干扰、传输距离远、成本低、测量精度高等优点，适用于不同的恶劣地质环境。

需要说明的是，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，其特征在于，包括：

传感器，所述传感器包括：

壳体；

固定件，连接在所述壳体的内壁，所述固定件为长方体结构；

多个悬臂梁组件，设置在所述固定件的不同侧壁上；

所述悬臂梁组件包括：

悬臂梁，一端设置在所述固定件的侧壁；其中，多个所述悬臂梁的延伸方向分别与第一空间直角坐标系的X轴、Y轴、Z轴的延伸方向相同；其中，所述第一空间直角坐标系是以所述传感器的第一顶点为原点建立的空间直角坐标系；

质量块，设置在所述悬臂梁的另一端；所述质量块被配置为：在外界环境振动时产生振动，以带动所述悬臂梁振动，使所述悬臂梁在所述第一空间直角坐标系的位置发生改变；

光纤光栅，连接在所述悬臂梁上，且所述光纤光栅的延伸方向与所述悬臂梁的延伸方向相同；所述光纤光栅被配置为：在所述悬臂梁振动时，产生拉伸或压缩；所述悬臂梁的两端的端部设有凸起，所述光纤光栅粘结在两个所述凸起上；

控制器，设置在所述壳体外，通过光缆与所述悬臂梁组件相连，所述控制器被配置为：根据所述光纤光栅的拉伸量或压缩量，计算在外界环境振动时，所述传感器分别沿第二空间直角坐标系的X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度；其中，所述第二空间直角坐标系是所述第一空间直角坐标系的位置发生改变之后所形成的空间直角坐标系；

所述传感器还包括，倾角测量模块，设置在所述固定件的侧壁上，通过光缆与所述控制器相连，被配置为：输出所述传感器分别沿所述X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的第二加速度；其中，所述第二加速度为所述传感器的重力加速度分别沿所述X₀轴、Y₀轴、Z₀轴方向的分量；

控制器还被配置为：接收并根据所述第二加速度计算所述传感器分别与所述X轴、Y轴、Z轴的夹角；并根据所述夹角与所述第一加速度计算所述传感器的实际加速度；

所述夹角包括所述传感器安装时的安装夹角与所述传感器振动时的振动夹角之和；其中，所述安装夹角为所述传感器安装时分别与所述X轴、Y轴、Z轴的夹角，所述安装夹角大于或等于0°；

所述倾角测量模块还被配置为：根据所述传感器的重力加速度，计算所述传感器分别沿所述X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的第二加速度；所述悬臂梁、所述质量块和所述固定件一体成型。

2.根据权利要求1所述的可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，其特征在于，

所述实际加速度为所述第一加速度与所述夹角余弦值的比值。

3.根据权利要求1所述的可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，其特征在于，

所述计算在外界环境振动时，所述传感器分别沿第二空间直角坐标系的X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度，包括：

在外界环境振动时，所述光纤光栅产生拉伸量或压缩量，以使所述光纤光栅的中心波长变化；

所述控制器还被配置为，根据所述光纤光栅的中心波长的变化计算所述第一加速度。

4.根据权利要求3所述的可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，其特征在于，

所述控制器还被配置为，检测所述光纤光栅分别沿所述X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的轴向应变和中心波长，根据所述轴向应变、所述中心波长、所述质量块的质量和所述光纤光栅的长度计算所述光纤光栅的中心波长变化量，并根据所述中心波长变化量计算所述第一加速度。

5.根据权利要求4所述的可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，其特征在于，

所述根据所述轴向应变、所述中心波长、所述质量块的质量和所述光纤光栅的长度计算所述光纤光栅的中心波长变化量，包括：

利用公式1进行求导，计算外界振动信号的振幅所述公式1为：

；

其中，为所述传感器分别沿所述X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的第一加速度，/>为系统的等效刚度，/>为系统的阻尼系数，/>为所述质量块的质量，/>为所述质量块分别沿所述X₀轴、Y₀轴、Z₀轴产生的位移，/>，/>为滞后相位角，；/>为所述质量块的角频率，/>为系统的固有角频率，/>为系统的阻尼比；t为振动时间；

计算得到所述振幅；

将所述振幅A和公式2带入公式3中，计算所述中心波长变化量，所述公式2为：；其中，/>为所述光纤光栅的长度，/>为所述光纤光栅分别沿所述X₀轴、Y₀轴、Z₀轴的轴向应变；所述公式3为：/>其中，/>为所述中心波长，/>为所述光纤光栅的有效弹光系数；计算得到所述中心波长变化量。

6.根据权利要求1所述的可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，其特征在于，

所述悬臂梁从远离所述质量块的一端向靠近所述质量块的一端延伸的过程中，所述悬臂梁的截面尺寸不断减小。

7.根据权利要求1所述的可测倾角的三维光纤加速度传感器系统，其特征在于，

所述悬臂梁的数量为三个；所述悬臂梁的宽度大于所述悬臂梁的厚度。