CN204347061U - 一种小型光纤光栅加速度计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小型光纤光栅加速度计，属于光纤传感技术领域。一种小型光纤光栅加速度计，包括：光纤光栅1、一号金属套管2和二号金属套管3、加速度计基座4、金属壳5、质量块6。其中，质量块6作为振子，金属壳5作为弹性体。光纤光栅1位于质量块6的中轴线上，光纤光栅1两端通过一号金属套管2和二号金属套管3分别与质量块6和基座4粘接。金属壳5两端分别与质量块6和基座4粘接。质量块6嵌入金属壳5的空心部分，在不改变加速度计性能的前提下，将加速度计轴向尺寸缩减一半，有效实现了小型化。本实用新型可实现加速度计小型化，扩展性好，易于实现。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种小型光纤光栅加速度计。
背景技术
光纤光栅加速度计是一种基于光纤光栅传感的新型加速度计，主要应用于低频和高精度检测领域，如航空航天、地震检波、石油勘探等。光纤光栅加速度计结构形式多种多样，主要有弹簧振子式、弹性梁式、光栅嵌入式和弹性膜片式。它们大都是基于惯性单元(通常为惯性质量块)随外界振动产生加速运动导致与之固连的光纤光栅产生应变，从而使光纤光栅光谱改变进行加速度传感的。
目前，弹簧振子式光纤光栅加速度计研究较多，它一般由质量块、弹性体和光纤光栅组成，弹性体的形式又分为弹簧、弹性片、弹性壳(管)、和弹性柱。通常，光纤光栅一端固定于加速度计外壳，一端固定于质量块；弹性体两端分别与加速度计外壳和质量块连接。光纤光栅和弹性体或位于质量块的同侧，或位于质量块的两侧，忽略因加速度计封装带来的轴向尺寸，加速度计的轴向尺寸主要由刻有光纤光栅的光纤、弹性体和质量块的轴向组合尺寸决定。目前的研究多关注于加速度计的灵敏度和谐振频率等指标的优化，极少考虑加速度计的小型化设计。而对一些空间受限的应用领域，加速度计的小型化非常具有实际意义。由于加速度计灵敏度和谐振频率是一对此消彼长的量，与其各部件尺寸有密切关系。考虑到应用中的传感性能要求，加速度计尺寸通常都会进行折中设计，即兼顾灵敏度和谐振频率指标，以满足应用需求为主，但其尺寸却无法无限缩小。因此如何在保证光纤光栅加速度计传感性能不受影响的条件下实现其小型化，对相关应用领域具有重要实际意义。
实用新型内容
针对光纤光栅加速度计的小型化应用需求，本实用新型设计了一种基于弹性金属壳结构的小型化光纤光栅加速度计，在保证加速度计良好性能的前提下，通过传感结构组合优化设计将加速度计轴向尺寸有效缩小。
为达到上述目的，本实用新型所采用的具体技术方案如下：
一种小型光纤光栅加速度计，该装置由光纤光栅1、一号金属套管2、二号金属套管3、基座4、金属壳5、质量块6组成；
所述一号金属套管2和二号金属套管3用于封装光纤光栅1，起到保护光纤光栅1并提供光纤光栅1与质量块6和基座4的粘接点的作用，所述光纤光栅1的两端穿过一号金属套管2和二号金属套管3并采用粘结的方式分别固定在一号金属套管2和二号金属套管3上，所述一号金属套管2通过一号粘接点7与质量块6粘接；二号金属套管3通过二号粘接点8与基座4粘接；
所述基座4由两段横截面不同的圆柱体组成，其中，横截面较小的一段圆柱体401嵌入金属壳5一端并通过粘接方式将其固定，横截面较大的一段圆柱体402用于给加速度计提供支撑，基座4中心开有贯穿小孔403，用于为二号套管3提供粘结点；
所述金属壳5为内部中空的薄壁金属圆柱筒，采用弹性性能良好的金属材料加工而成，起到弹簧的作用；
所述质量块6采用高密度金属材料，作为振子，该质量块6由四段横截面不同的圆柱体组成，将其从上往下分别命名为一号圆柱体601、二号圆柱体602、三号圆柱体603和四号圆柱体604，其中，一号圆柱体601起到保护光纤的作用，同时为一号套管2提供粘结点；二号圆柱体602和三号圆柱体603形成台阶状，二号圆柱体602用于给加速度计提供支撑，三号圆柱体603嵌入金属壳5另一端并通过粘接方式将其固定，四号圆柱体604作为质量块6重量的主体部分，用于提供足够的重量；质量块6中心开有一贯穿小孔605，用于提供光纤光栅1穿过的通道。
上述方案中，所述质量块6的圆柱体直径从大到小排序依次为：二号圆柱体602、三号圆柱体603、四号圆柱体604、一号圆柱体601。
上述方案中，所述金属壳5的内径与所述质量块6的三号圆柱体603和所述基座4的圆柱体401的直径相同。
上述方案中，所述质量块6的四号圆柱体604的轴向长度大于一号圆柱体601、二号圆柱体602和三号圆柱体603的轴向长度之和。
上述方案中，所述质量块6的三号圆柱体603、四号圆柱体604和所述基座4的圆柱体401的轴向尺寸之和小于所述金属壳5的轴向尺寸。
上述方案中，所述基座4的小孔403和所述质量块6的小孔605孔径相同且同轴。
上述方案中，所述光纤光栅1、所述一号金属套管2和二号金属套管3的总长度小于所述加速度计的轴向长度。
上述方案中，所述一号金属套管2和二号金属套管3的内径和外径均相同，其内径略大于所用光纤光栅1的直径。
上述方案中，所述小孔403和605的内径略大于所述一号金属套管2和二号金属套管3的外径。
上述方案中，所述一号金属套管2和二号金属套管3在所述光纤光栅1上的距离为一号粘接点7和二号粘接点8之间的距离。
本实用新型的优点在于：
1、将质量块嵌入弹性壳的空心部分，充分利用了弹性壳的空间，对加速度计的传感性能却没有影响。
2、克服了由质量块、弹性体和光纤轴向长度造成的加速度计轴向尺寸限制，使三者在空间重合，将同类型的加速度计轴向尺寸减小了一半。
3、适用于其他基于弹性壳结构的光纤加速度计，结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本实用新型所述小型化光纤光栅加速度计结构示意图；
图2为本实用新型所述小型化光纤光栅加速度计基座结构示意图；
图3为本实用新型所述小型化光纤光栅加速度计质量块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步介绍。
图1所示为本实用新型所述小型化光纤光栅加速度计结构示意图，该加速度计由光纤光栅1、一号金属套管2、二号金属套管3、基座4、金属壳5、质量块6组成，所述加速度计的封装步骤如下：
1、按照上述技术方案设计出加速度计各部件，分别为：光纤光栅1、一号金属套管2和二号金属套管3、基座4、金属壳5和质量块6；
2、按照上述技术方案将所述一号金属套管2和二号金属套管3封装在所述光纤光栅1两端合适位置；
3、在所述二号金属套管3的外壁和所述小孔403上涂抹粘和剂，将所述二号金属套管3和所述小孔403在一号粘接点7处进行粘接；
4、待上述一号粘接点7处粘接牢靠后，分别在所述一号金属套管2、所述小孔605位于质量块6中一号圆柱体601的部分、所述金属壳5两端的内壁、所述基座中一号圆柱体401和质量块6中三号圆柱体603的外壁上涂抹粘和剂，按图1所示部件位置组合各部件；
5、在所述光纤光栅1的出纤端用拉力计施加预拉力，通过光谱仪监控所述光纤光栅1的透射谱变化以控制好预应力的大小，待光谱达到预期状态，保持拉力不变等待胶干；
6、待胶干后再次确认各粘接点的粘接状态，在粘接不理想处进行补胶处理。
Claims (10)
1.一种小型光纤光栅加速度计，其特征在于：所述加速度计由光纤光栅(1)、一号金属套管(2)、二号金属套管(3)、基座(4)、金属壳(5)、质量块(6)组成；
所述一号金属套管(2)和二号金属套管(3)用于封装光纤光栅(1)，起到保护光纤光栅(1)并提供光纤光栅(1)与质量块(6)和基座(4)的粘接点的作用，所述光纤光栅(1)的两端穿过一号金属套管(2)和二号金属套管(3)并采用粘结的方式分别固定在一号金属套管(2)和二号金属套管(3)上，所述一号金属套管(2)通过一号粘接点(7)与质量块(6)粘接；二号金属套管(3)通过二号粘接点(8)与基座(4)粘接；
所述基座(4)由两段横截面不同的圆柱体组成，其中，横截面较小的一段圆柱体(401)嵌入金属壳(5)一端并通过粘接方式将其固定，横截面较大的一段圆柱体(402)用于给加速度计提供支撑，基座(4)中心开有贯穿小孔(403)，用于为二号套管(3)提供粘结点；
所述金属壳(5)为内部中空的薄壁金属圆柱筒，采用弹性性能良好的金属材料加工而成，起到弹簧的作用；
所述质量块(6)采用高密度金属材料，作为振子，该质量块(6)由四段横截面不同的圆柱体组成，其中，一号圆柱体(601)起到保护光纤的作用，同时为一号套管(2)提供粘结点；二号圆柱体(602)和三号圆柱体(603)形成台阶状，二号圆柱体(602)用于给加速度计提供支撑，三号圆柱体(603)嵌入金属壳(5)另一端并通过粘接方式将其固定，四号圆柱体(604)作为质量块(6)重量的主体部分，用于提供足够的重量；质量块(6)中心开有一贯穿小孔(605)，用于提供光纤光栅(1)穿过的通道。
2.一种如权利要求1所述小型光纤光栅加速度计，其特征在于：所述质量块(6)的圆柱体直径从大到小排序依次为：二号圆柱体(602)、三号圆柱体(603)、四号圆柱体(604)、一号圆柱体(601)。
3.一种如权利要求1所述小型光纤光栅加速度计，其特征在于：所述金属壳(5)的内径与所述质量块(6)的三号圆柱体(603)和所述基座(4)的圆柱体(401)的直径相同。
4.一种如权利要求1所述小型光纤光栅加速度计，其特征在于：所述质量块(6)的四号圆柱体(604)的轴向长度大于一号圆柱体(601)、二号圆柱体(602)和三号圆柱体(603)的轴向长度之和。
5.一种如权利要求1所述小型光纤光栅加速度计，其特征在于：所述质量块(6)的三号圆柱体(603)、四号圆柱体(604)和所述基座(4)的圆柱体(401)的轴向尺寸之和小于所述金属壳(5)的轴向尺寸。
6.一种如权利要求1所述小型光纤光栅加速度计，其特征在于：所述基座(4)的小孔(403)和所述质量块(6)的小孔(605)孔径相同且同轴。
7.一种如权利要求1所述小型光纤光栅加速度计，其特征在于：所述光纤光栅(1)、所述一号金属套管(2)和二号金属套管(3)的总长度小于所述加速度计的轴向长度。
8.一种如权利要求1所述小型光纤光栅加速度计，其特征在于：所述一号金属套管(2)和二号金属套管(3)的内径和外径相同，其内径略大于所用光纤光栅(1)的直径。
9.一种如权利要求1所述小型光纤光栅加速度计，其特征在于：所述小孔(403)和小孔(605)的内径略大于所述一号金属套管(2)和二号金属套管(3)的外径。
10.一种如权利要求1所述小型光纤光栅加速度计，其特征在于：所述一号金属套管(2)和二号金属套管(3)在所述光纤光栅1上的距离为一号粘接点(7)和二号粘接点(8)之间的距离。
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| CN201520037083.1U CN204347061U (zh) | 2015-01-20 | 2015-01-20 | 一种小型光纤光栅加速度计 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105158507A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-12-16 | 中国电子科技集团公司第二十三研究所 | 一种光纤光栅加速度传感器及其制作方法 |
| CN105366629A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-02 | 广西师范大学 | 一种对称石墨烯纳米带的加速度传感装置 |
| CN110974604A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 宿州学院 | 一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的加速度传感系统 |
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2015
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