CN205670157U - 膜片式光纤加速度计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种膜片式光纤加速度计，包括：保护筒，保护筒的筒体的下端敞开，筒体的上端具有供铠装光缆穿过的孔；安装基座，安装基座待放置在待测结构体上，用于封闭保护筒的下端；铠装光缆，铠装光缆的尾纤穿过保护筒的筒体上端的孔；光纤光栅，光纤光栅的一端的尾纤与铠装光缆的尾纤连接；膜片，膜片借助固定装置固定，该固定装置分别与保护筒和安装基座连接；以及质量块，质量块固定在膜片的一侧，光纤光栅的另一端的尾纤固定在膜片上或质量块上。本实用新型提供了一种高精度、结构紧凑的基于膜片结构的光纤加速度计设计方案。

Description

膜片式光纤加速度计

技术领域

本实用新型涉及光纤传感领域，特别涉及一种膜片式光纤加速度计。

背景技术

目前，传统的加速度计主要有几下几种类型：压阻式、电容式、压电式、谐振式等。这些传统的加速度计具有各自特有的优点，但是也都存在一定的局限性。例如，在强电磁干扰、易燃易爆、雷击几率较大的恶劣环境中应用的长期稳定性和可靠性不佳。

近年来，由于光纤光栅传感技术的迅猛发展，更由于光纤光栅具有抗电磁干扰、抗雷击、能在易燃易爆环境中应用、可以实现多点准分布式测量、长期可靠性和稳定性好等诸多优点，在加速度测量领域中受到越来越多国内外科技工作者的关注。本实用新型专利提供了一种基于弹性膜片结构的光纤加速度计设计方案，使基于光纤光栅传感技术的振动测量技术有了新的选择。

实用新型内容

本实用新型提供一种膜片式光纤加速度计，其能够克服现有技术中存在的某个或多个缺陷，例如能够解决现有技术中存在长期稳定性和可靠性不理想等技术问题。

本实用新型提供的膜片式光纤加速度计包括：

保护筒，保护筒的筒体的下端敞开，筒体的上端具有供铠装光缆穿过的孔；

安装基座，安装基座待放置在待测结构体上，用于封闭保护筒的下端；

铠装光缆，铠装光缆的尾纤穿过保护筒的筒体上端的孔；

光纤光栅，光纤光栅的一端的尾纤与铠装光缆的尾纤连接；

膜片，膜片借助固定装置固定，该固定装置分别与保护筒和安装基座连接；以及

质量块，质量块固定在膜片的一侧，光纤光栅的另一端的尾纤固定在膜片上或质量块上。

本实用新型所提供的膜片式光纤加速度计的精度高、结构紧凑。

在根据本实用新型的一个具体实施例中，光纤光栅的与铠装光缆的尾纤连接的一端固定在固定装置上，其另一端通过光纤膜片固定部固定在硬芯模片上的与固定质量块的一侧相反的一侧。

优选地，根据本实用新型的膜片式光纤加速度计，固定装置为固定筒，该固定筒分别与保护筒和安装基座螺纹连接。质量块与膜片通过螺纹连接。膜片的周边密封固定在固定筒上。

在根据本实用新型的一个具体实施例中，光纤光栅的与铠装光缆的尾纤连接的一端固定在膜片上，其另一端通过光纤固定杆固定部固定在与质量块固定连接的固定杆上。

进一步地，固定装置包括连接筒和支撑板，支撑板的内缘与膜片的一端螺纹连接，支撑板的外缘与连接筒螺纹连接，并且连接筒的两端分别与保护筒和安装基座螺纹连接。

优选地，膜片的另一端与质量块密封固定一起。膜片是平膜片、波纹膜片、波纹管、或者膜盒中的一种。膜片是整体膜片、十字梁或花瓣状(花瓣的数目大于1，且均匀分布)，并且质量块的形状是多棱体、或者圆柱体中的一种。

另外，根据本实用新型，公开了根据支撑位置的不同可以分为“膜片周边支撑方式”和“膜片中心杆支撑方式”两种的膜片式光纤加速度计。

基于“膜片周边支撑方式”的这种膜片式光纤加速度计，包括保护筒、尾纤、光纤光栅、膜片固定筒、安装基座、质量块、硬芯膜片和铠装光缆，所述的硬芯膜片是由弹性材料通过精密机械加工而成的，其周边通过现有技术密封固定在所述的膜片固定筒，其中一侧的硬芯为光纤膜片固定部，用于固定所述的光纤光栅一端的尾纤，而另一侧硬芯带有安装螺孔，用于膜片与所述的质量块的连接；所述的光纤光栅和所述的质量块分别固定在在所述的硬芯膜片的两侧，并都在所述的硬芯膜片的中心轴线上；所述的膜片固定筒一侧为光纤固定筒固定部，用于固定所述的光纤光栅的另一端的尾纤；将所述的光纤光栅的一端固定在硬芯膜片的光纤膜片固定部，预拉后，将另一端固定在所述的膜片固定筒上的光纤固定筒固定部；所述的保护筒和所述的安装基座分别通过螺纹与所述的膜片固定筒连接在一起，而所述的尾纤用所述的铠装光缆保护，并采取密封措施；

基于“膜片中心杆支撑方式”的这种膜片式光纤加速度计，包括保护筒、尾纤、支撑板、质量块、连接筒、安装基座、光纤固定杆、光纤光栅、硬芯膜片和铠装光缆，所述的硬芯膜片是由弹性材料通过精密机械加工而成的，其周边通过现有技术密封固定在所述的质量块上，而膜片硬芯为杆状，为带有装配螺纹的光纤膜片固定部，用于固定所述的光纤光栅一端的尾纤，并通过装配螺纹将所述的硬芯膜片与所述的支撑板机械连接一起；所述的光纤固定杆上有光纤固定杆固定部，用于固定所述的光纤光栅另一端的尾纤；所述的光纤光栅预拉后，两端的尾纤分别固定在光纤膜片固定部和光纤固定杆固定部；所述的光纤固定杆与所述的质量块的中心孔为孔轴间隙配合，并通过现有技术焊接固定在一起；所述的连接筒分别通过装配螺纹与所述的保护筒、支撑板和安装基座密封装配在一起，而所述的尾纤用所述的铠装光缆保护，并采取密封措施。

在一个具体实施例中，通过改变所述的硬芯膜片的尺寸参数、材料参数以及所述的质量块的尺寸参数及其形状，可以实现光纤加速度计的灵敏系数的调整。

本实用新型专利提供了一种基于弹性膜片结构的光纤加速度计设计方案，使基于光纤光栅传感技术的振动测量技术有了新的选择。其提供了一种高精度、结构紧凑的基于膜片结构的光纤加速度计设计方案，可以解决现有技术中存在长期稳定性和可靠性不理想等技术问题。

附图说明

图1是本实用新型的基于膜片周边支撑方式的光纤加速度计的结构示意图。

图2是本实用新型的“膜片中心杆支撑方式”的光纤加速度计的结构示意图。

图3、图4和图5是本实用新型的硬芯膜片的结构示意图。

其中：101-保护筒；102-尾纤；103-光纤光栅；104-膜片固定筒；105-安装基座；106-质量块；107-硬芯膜片；108-光纤膜片固定部；109-光纤固定筒固定部；110-密封胶；111-铠装光缆。

201-保护筒；202-尾纤；203-支撑板；204-质量块；205-连接筒；206-安装基座；207-光纤固定杆；208-光纤固定杆固定部；209-光纤光栅；210-硬芯膜片；211-光纤膜片固定部；212-密封胶；213-铠装光缆。

301-整体膜片；302-硬芯；303-十字梁；304-十字梁膜片硬芯；305-花瓣状通孔；306-花瓣状膜片硬芯。

具体实施方式

以下结合附图详细地描述本实用新型的膜片式光纤加速度计的具体实施方式。

下面结合附图1对本实用新型的膜片周边支撑方式的具体实施作详细说明。

如图1所示，本实用新型的这种基于膜片周边支撑方式的光纤加速度计，由包括保护筒101、尾纤102、光纤光栅103、膜片固定筒104、安装基座105、质量块106、硬芯膜片107和铠装光缆111。其中，所述的硬芯膜片107是由弹性材料通过精密机械加工而成的，其周边通过现有技术密封固定在所述的膜片固定筒104上，其中一侧的硬芯为光纤膜片固定部108，用于固定所述的光纤光栅103一端的尾纤，而另一侧硬芯带有安装螺孔，用于膜片与所述的质量块106的连接，所述的光纤光栅103和所述的质量块106分别固定在所述的硬芯膜片107的两侧，并都在所述的硬芯膜片107的中心轴线上。所述的膜片固定筒104一侧为光纤固定筒固定部109，用于固定所述的光纤光栅103的另一端的尾纤；所述的光纤光栅103的两端的尾纤分别固定在所述的光纤膜片固定部108和所述的光纤固定筒固定109部，所述的光纤光栅固定时处于张紧状态，其预拉伸量可以根据需要调整。具体地，将所述的光纤光栅103的一端固定在硬芯膜片107的光纤膜片固定部108，预拉后，将另一端固定在所述的膜片固定筒104的光纤固定筒固定部109；所述的保护筒101和所述的安装基座105分别通过螺纹与所述的膜片固定筒104连接在一起，而所述的尾纤102用所述的铠装光缆111保护，并采取密封措施。

具体地，本实施例1的制作过程如下：

1)将所述的光纤光栅103一端尾纤利用现有技术固定在所述的光纤膜片固定部108；

2)将所述的硬芯膜片107的周边利用现有技术固定在所述的膜片固定筒104上的相应位置；

3)经预拉伸后，将所述的光纤光栅103另一端的尾纤固定在所述的膜片固定筒上104的光纤固定筒固定部109；

4)所述的保护筒101通过螺纹与所述的膜片固定筒104密封装配在一起；

5)所述的质量块106通过螺纹与所述的硬芯膜片107固定在一起；

6)所述的安装基座105通过螺纹与所述的膜片固定筒104密封装配在一起；

7)所述的尾纤102穿过所述的保护筒101的中心孔，利用所述的铠装光缆111进行保护，并利用所述的密封胶110进行密封。

本实用新型的基于膜片周边支撑方式的光纤加速度计的工作过程是：将本实用新型所述的基于膜片周边支撑方式的这种光纤加速度计通过所述的安装基座105牢靠固定在待测结构体上，并调整至水平状态。这样，当待测结构体以一定加速度运动时，所述的质量块106受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，引起施加在所述的硬芯膜片107上的集中力的变化，进而引起膜片硬芯的微位移，使所述的光纤光栅103受到拉伸或者压缩，从而引起所述的光纤光栅103的中心反射波长的移动，通过探测所述的光纤光栅103的中心反射波长的移动量，即可计算得到待测结构体的加速度信息。

下面结合附图2对本实用新型的基于膜片中心杆支撑方式的光纤加速度计的具体实施例作详细说明。

如图2所示，本实用新型的这种基于膜片支撑杆支撑方式的光纤加速度计包括保护筒201、尾纤202、支撑板203、质量块204、连接筒205、安装基座206、光纤固定杆207、光纤光栅209、硬芯膜片210和铠装光缆213。其中，所述的硬芯膜片210是由弹性材料通过精密机械加工而成的，其周边通过现有技术密封固定在所述的质量块204上，而膜片硬芯为杆状，其为带有装配螺纹的光纤膜片固定部211，用于固定所述的光纤光栅209一端的尾纤，并通过装配螺纹将所述的硬芯膜片210与所述的支撑板203机械连接一起。所述的光纤固定杆207上具有光纤固定杆固定部208，用于固定所述的光纤光栅209的另一端的尾纤；所述的光纤光栅209的两端的尾纤分别固定在光纤膜片固定部211和光纤固定杆固定部208，所述的光纤光栅209固定时处于张紧状态，其预拉伸量可以根据需要调整。具体地，所述的光纤光栅209两端的尾纤分别固定在光纤膜片固定部211和光纤固定杆固定部208；所述的光纤固定杆207与所述的质量块204的中心孔为孔轴间隙配合；所述的连接筒205分别通过装配螺纹与所述的保护筒201、支撑板203和安装基座206密封装配在一起。

具体地，基于膜片中心杆支撑方式的光纤加速度计的制作过程如下：

1)将所述的硬芯膜片210的周边利用现有技术固定在所述的质量块204上的相应位置；

2)将所述的光纤光栅209一端尾纤利用现有技术固定在所述的光纤固定杆固定部208；

3)将所述的光纤固定杆207通过现有技术密封固定在所述的质量块204的中心孔中；

4)经预拉伸后，将所述的光纤光栅209另一端的尾纤固定在所述的硬芯膜片210上的光纤膜片固定部211；

5)将所述的硬芯膜片210通过装配螺纹与所述的支撑板203牢靠连接在一起；

6)将所述的支撑板203通过螺纹与所述的连接筒205密封装配在一起；

7)所述的保护筒201通过螺纹与所述的连接筒205密封装配在一起；

8)所述的安装基座206通过螺纹与所述的连接筒205密封装配在一起；

9)所述的尾纤202穿过所述的保护筒201的中心孔，利用所述的铠装光缆213进行保护，并利用所述的密封胶112进行密封。

本实用新型的基于膜片中心杆支撑方式的光纤加速度计的工作过程是：将本实用新型所述的基于膜片中心杆支撑方式的这种光纤加速度计通过所述的安装基座206牢靠固定在待测结构体上，并调整至水平状态。这样，当待测结构体以一定加速度运动时，所述的质量块204受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，引起施加在所述的硬芯膜片210上的集中力的变化，进而引起膜片硬芯相对所述的质量块204产生相对微位移，使所述的光纤光栅209受到拉伸或者压缩，从而引起所述的光纤光栅209的中心反射波长的移动，通过探测所述的光纤光栅209的中心反射波长的移动量，即可计算得到待测结构体的加速度信息。

上述的两个实施例中所述的硬芯膜片的材质可以是不锈钢、或者碳钢、或者弹性合金、或者铜的一种。

另外，上述的两个实施例中所述的硬芯膜片可以是平膜片、或者波纹膜片、或者波纹管、或者膜盒的一种。

而且，上述的两个实施例中所述的硬芯膜片可以是整体膜片、或者十字梁、或者花瓣状(花瓣的数目大于1，且均布)的一种，如图3、图4和图5所示；

所述的光纤光栅可以由光纤F-P腔、或者钢弦替代。

所述的质量块的形状可以是圆柱体或者多棱体的一种。

通过改变所述的硬芯膜片的尺寸参数、材料参数以及所述的质量块的尺寸参数、材料参数及其形状，可以实现光纤加速度计灵敏系数的调整。

以上所述仅为实用新型的具体实施例，并不是要对本实用新型作任何限制，凡是依据本实用新型对其进行等通过变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。

Claims (10)

1.一种膜片式光纤加速度计，其特征在于，包括：

保护筒，保护筒的筒体的下端敞开，筒体的上端具有供铠装光缆穿过的孔；

安装基座，安装基座待放置在待测结构体上，用于封闭保护筒的下端；

铠装光缆，铠装光缆的尾纤穿过保护筒的筒体上端的孔；

光纤光栅，光纤光栅的一端的尾纤与铠装光缆的尾纤连接；

膜片，膜片借助固定装置固定，该固定装置分别与保护筒和安装基座连接；以及

质量块，质量块固定在膜片的一侧，光纤光栅的另一端的尾纤固定在膜片上或质量块上。

2.根据权利要求1所述的膜片式光纤加速度计，其特征在于，光纤光栅的与铠装光缆的尾纤连接的一端固定在固定装置上，其另一端通过光纤膜片固定部固定在硬芯模片上的与固定质量块的一侧相反的一侧。

3.根据权利要求1所述的膜片式光纤加速度计，其特征在于，固定装置为固定筒，该固定筒分别与保护筒和安装基座螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的膜片式光纤加速度计，其特征在于，质量块与膜片通过螺纹连接。

5.根据权利要求3所述的膜片式光纤加速度计，其特征在于，膜片的周边密封固定在固定筒上。

6.根据权利要求1所述的膜片式光纤加速度计，其特征在于，光纤光栅的与铠装光缆的尾纤连接的一端固定在膜片上，其另一端通过光纤固定杆固定部固定在与质量块固定连接的固定杆上。

7.根据权利要求6所述的膜片式光纤加速度计，其特征在于，固定装置包括连接筒和支撑板，支撑板的内缘与膜片的一端螺纹连接，支撑板的外缘与连接筒螺纹连接，并且连接筒的两端分别与保护筒和安装基座螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的膜片式光纤加速度计，其特征在于，膜片的另一端与质量块密封固定一起。

9.根据权利要求1所述的膜片式光纤加速度计，其特征在于，膜片是平膜片、波纹膜片、波纹管、或者膜盒中的一种。

10.根据权利要求1所述的膜片式光纤加速度计，其特征在于，膜片是整体膜片、十字梁或花瓣状，并且质量块的形状是多棱体、或者圆柱体中的一种。