CN206321660U - 基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器 - Google Patents

Abstract

基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器，包括：外壳、支撑导轨、质量块；所述支撑导轨一端与外壳的第三内壁固定连接、另一端与外壳的第四内壁固定连接，支撑导轨上设有第一弹簧、第二弹簧，第一弹簧的一端与质量块固定相连，第一弹簧的另一端与外壳的第三内壁固定连接。第二弹簧的一端与质量块固定相连，第二弹簧的另一端与外壳的第四内壁固定连接。第一光纤光栅的一端与质量块固定连接，第一光纤光栅的另一端平行于外壳的第二内壁、穿过外壳的第三内壁上的孔，并延伸至外壳的外部。第二光纤光栅的一端与质量块固定连接，第二光纤光栅的另一端平行于外壳的第二内壁、穿过外壳的第四内壁上的孔，并延伸至外壳的外部。

Description

基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器

技术领域

本实用新型属于光纤传感器技术领域，具体涉及一种基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器。

背景技术

光纤光栅传感技术与常规的传感技术相比，在灵敏度高、动态范围、抗电磁干扰、可靠性等方面有明显的优势，在国防、军事应用领域尤为突出。目前，大多数加速度传感器是利用加速度矢量叠加法，分别沿x轴、y轴方向安装两个加速度计，将探测到的两轴向加速度进行矢量合成，从而得到加速度矢量信息，如 “一种细长型矢量光纤激光水听器”。或者将二维空间延伸到三维空间，解调出三个轴向的加速度信息，再经过矢量合成即可得到矢量加速度信息。如“一种光纤光栅三分量加速度计”。这种技术方案，结构复杂，体积较大，使用不便，且质量块的质量不易过大，从而限制了传感器的灵敏度。而余有龙等人报道的一种光纤光栅加速度计，采用了光纤光栅粘接在振动源表面的方法，当振动源振动时，会引起光纤光栅拉伸或者压缩，从而实现振动的测量。这种方法简化了结构，但粘贴的工艺会使光纤光栅产生啁啾，灵敏度不高。因此，如何在简化加速度传感器结构的同时，提高传感器的灵敏度，是加速度传感器设计的需要考虑的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器，简化了光纤光栅加速度传感器结构，增强了光纤光栅加速度传感器的灵敏度。

本实用新型所采用的技术方案是：

基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器，包括：外壳、支撑导轨、质量块；所述支撑导轨一端与外壳的第三内壁固定连接、另一端与外壳的第四内壁固定连接，支撑导轨上设有第一弹簧、第二弹簧，第一弹簧的一端与质量块固定相连，第一弹簧的另一端与外壳的第三内壁固定连接。第二弹簧的一端与质量块固定相连，第二弹簧的另一端与外壳的第四内壁固定连接。第一光纤光栅的一端与质量块固定连接，第一光纤光栅的另一端平行于外壳的第二内壁、穿过外壳的第三内壁上的孔，并延伸至外壳的外部。第二光纤光栅的一端与质量块固定连接，第二光纤光栅的另一端平行于外壳的第二内壁、穿过外壳的第四内壁上的孔，并延伸至外壳的外部。

所述质量块，用于调整所述光纤光栅加速度传感器的灵敏度和共振频率；

所述外壳，用于作为光纤光栅加速度传感器支撑结构；

所述第一光纤光栅、第二光纤光栅用于测量加速度。

所述外壳的第一内壁设有第一孔，用于引出第一光纤光栅的尾纤；

所述外壳的第三内壁设有第二孔，用于引出第二光纤光栅的尾纤。

当传感器受到振动激励时，质量块在平行于外壳的第二内壁的方向起振，从而使得第一光纤光栅、第二光纤光栅中产生和振动频率一致的周期性变化的轴向应力。

本实用新型一种基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器，有益效果如下：

通过在质量块两端连接光纤光栅的方式，在避免光纤光栅产生啁啾的同时简化了封装工艺。双光栅的波长反向联动，经过差分后，灵敏度比普通单光栅加速度传感器提高一倍。通过调节质量块的质量改变传感器的灵敏度，易于调节。

附图说明

图1为本实用新型加速度传感器结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器，包括：外壳1、支撑导轨2、质量块3。

所述支撑导轨2一端与外壳1的第三内壁c固定连接、另一端与外壳1的第四内壁d固定连接，支撑导轨2上设有第一弹簧m、第二弹簧n，第一弹簧m的一端与质量块3固定相连，第一弹簧m的另一端与外壳1的第三内壁c固定连接。第二弹簧n的一端与质量块3固定相连，第二弹簧n的另一端与外壳1的第四内壁d固定连接。第一光纤光栅p的一端与质量块3固定连接，第一光纤光栅p的另一端平行于外壳1的第二内壁b、穿过外壳1的第三内壁c上的孔，并延伸至外壳1的外部。第二光纤光栅q的一端与质量块3固定连接，第二光纤光栅q的另一端平行于外壳1的第二内壁b、穿过外壳1的第四内壁d上的孔，并延伸至外壳1的外部。

所述质量块3，用于调整所述光纤光栅加速度传感器的灵敏度和共振频率；外壳1，用于作为光纤光栅加速度传感器支撑结构；第一光纤光栅p、第二光纤光栅q用于测量加速度。

所述外壳1的第一内壁a设有第一孔，用于引出第一光纤光栅p的尾纤。外壳1的第三内壁c设有第二孔，用于引出第二光纤光栅q的尾纤。

当传感器受到振动激励时，质量块3在平行于外壳1的第二内壁b的方向起振，从而使得第一光纤光栅p、第二光纤光栅q中产生和振动频率一致的周期性变化的轴向应力。

当光纤光栅加速度传感器受到振动激励时，质量块3在平行于外壳1的第二内壁b的方向起振，质量块3边缘与外壳1的两个孔之间的距离发生变化，从而使第一光纤光栅p、第二光纤光栅q产生与振动频率一致但方向相反的、周期性的轴向应力变化，即一个光栅的波长增加，另一个光栅的波长会减小，且大小相当，比单光栅设计灵敏度提高一倍。

对于光纤光栅，其反射波长的变化量与所受轴向应力成正比，故通过检测波长的变化量可以得到外界振动加速度的大小，另外通过调节质量块3的质量，来改变加速度的灵敏度。该传感器制作方法简化了加速度传感器的设计和加工要求，结构简单，制作成本低，灵敏度高，易于调节。

Claims (4)

1.基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器，其特征在于，包括：外壳（1）、支撑导轨（2）、质量块（3）；所述支撑导轨（2）一端与外壳（1）的第三内壁（c）固定连接、另一端与外壳（1）的第四内壁（d）固定连接，支撑导轨（2）上设有第一弹簧（m）、第二弹簧（n），第一弹簧（m）的一端与质量块（3）固定相连，第一弹簧（m）的另一端与外壳（1）的第三内壁（c）固定连接；第二弹簧（n）的一端与质量块（3）固定相连，第二弹簧（n）的另一端与外壳（1）的第四内壁（d）固定连接；第一光纤光栅（p）的一端与质量块（3）固定连接，第一光纤光栅（p）的另一端平行于外壳（1）的第二内壁（b）、穿过外壳（1）的第三内壁（c）上的孔，并延伸至外壳（1）的外部；第二光纤光栅（q）的一端与质量块（3）固定连接，第二光纤光栅（q）的另一端平行于外壳（1）的第二内壁（b）、穿过外壳（1）的第四内壁（d）上的孔，并延伸至外壳（1）的外部。

2.根据权利要求1所述基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器，其特征在于：所述质量块（3），用于调整所述光纤光栅加速度传感器的灵敏度和共振频率；所述外壳（1），用于作为光纤光栅加速度传感器支撑结构；所述第一光纤光栅（p）、第二光纤光栅（q），用于测量加速度。

3.根据权利要求1所述基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器，其特征在于：所述外壳（1）的第一内壁（a）设有第一孔，用于引出第一光纤光栅（p）的尾纤；外壳（1）的第三内壁（c）设有第二孔，用于引出第二光纤光栅（q）的尾纤。

4.根据权利要求1所述基于弹簧的双光栅光纤加速度传感器，其特征在于：当传感器受到振动激励时，质量块（3）在平行于外壳（1）的第二内壁（b）的方向起振，从而使得第一光纤光栅（p）、第二光纤光栅（q）中产生和振动频率一致的周期性变化的轴向应力。