CN211741334U - 一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，属于光纤光栅相关技术领域，该用于地震监测的光纤光栅加速度传感器包括壳体、弹性板、质量块、连接杆、光纤光栅和两个L形杠杆，弹性板水平安装在壳体内部，质量块嵌设在弹性板的通孔上，连接杆上端与质量块底部连接，连接杆下端设有水平托板，两个L形杠杆分别铰接于连接杆两侧，水平托板上设有弹性支撑件，光纤光栅的两端分别与两个L形杠杆的自由端固定以绷紧光纤光栅，避免了啁啾现象，采用该结构，质量块在加速度作用下带动弹性板发生形变，使连接杆带动L形杠杆及光纤光栅发生形变，通过测量光纤光栅的输出波长的改变量来测得待测物体的加速度值，灵敏度高、抗电磁干扰能力强。

Description

一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器

技术领域

本实用新型属于光纤光栅相关技术领域，特别涉及一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器。

背景技术

光纤光栅是通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光纤光栅具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在制作光纤激光器、光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。加速度传感器是一种能感受到加速度并将其转换成可用输出信号的传感器，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律定律获得加速度值。

固有频率和灵敏度是加速度传感器的两个重要指标，灵敏度决定了加速度传感器分辨能力的大小，而固有频率决定了频率范围，这两个重要的指标是矛盾的关系，所以优化固有频率和灵敏度是研究的重点。在地震监测领域，传统的加速度传感器采用机电方法来测量惯性质量块与传感器基座的相对位移，是将待测信号放大器转换成电压信号进行测量，实际应用过程中存在着容易受到电磁干扰、不耐高温和灵敏度不够高等缺点，同时对于地震低频信号的检测也不够好。

因此，一种结构简单、固有频率和灵敏度较好的用于地震监测的光纤光栅加速度传感器亟待出现。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，用于解决现有技术中的机电类加速器传感器容易受到电磁干扰和灵敏度不高的技术问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，包括壳体、弹性板、质量块、连接杆、光纤光栅和两个L形杠杆，所述弹性板水平安装在所述壳体内部并将所述壳体隔分为上腔室和下腔室，所述弹性板上设有通孔，所述质量块通过所述通孔嵌设在所述弹性板上，所述连接杆上端与所述质量块底部连接，所述连接杆下端设有水平托板，两个所述L形杠杆分别铰接于所述连接杆两侧，所述水平托板上设有用于水平支撑起两个所述L形杠杆的弹性支撑件，所述光纤光栅的两端分别与两个所述L形杠杆的自由端固定以绷紧所述光纤光栅。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述弹性支撑件包括两个压缩弹簧，两个所述压缩弹簧的底端固定在所述水平托板上，两个所述压缩弹簧的顶端分别固定在两个所述L形杠杆上，两个所述L形杠杆通过两个所述压缩弹簧的弹性支撑呈“冂”字形水平展开。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述L形杠杆包括长臂和短臂，所述长臂呈水平展开，所述短臂垂直于所述长臂且方向朝下，所述压缩弹簧连接在所述长臂上。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述短臂的端部设有凹槽。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述光纤光栅的两端均设有一个光纤接头，两个所述光纤接头分别嵌接在两个所述凹槽内。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述壳体形状为长方体，所述壳体的前后两面贯通，所述弹性板的形状为矩形，所述弹性板位于所述壳体的上半部。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述通孔设置在所述弹性板的中央位置。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述壳体和所述弹性板为由不锈钢材料制成的结构件，所述壳体和所述弹性板一体成形。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述短臂与长臂的长度比为1:2～1:4。

进一步地，为了更好地实现本实用新型，所述光纤光栅的中心波长为1530-1550nm。

本实用新型相较于现有技术具有以下有益效果：

本实用新型提供的用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，包括壳体、弹性板、质量块、连接杆、光纤光栅和两个L形杠杆，弹性板水平安装在壳体内部并将壳体隔分为上腔室和下腔室，弹性板上设有通孔，质量块通过通孔嵌设在弹性板上，连接杆上端与质量块底部连接，连接杆下端设有水平托板，两个L形杠杆分别铰接于连接杆两侧，水平托板上设有用于水平支撑起两个L形杠杆的弹性支撑件，光纤光栅的两端分别与两个L形杠杆的自由端固定以绷紧光纤光栅，采用该结构，通过将本实用新型固定在待测物体上，当待测物体产生加速度时，质量块在加速度作用下带动弹性板发生形变，进而通过连接杆带动L形杠杆以及光纤光栅发生形变，使得光纤光栅的输出波长发生改变，通过外部调节仪测量光纤光栅的变化量即可测出待测物体的加速度值，具有灵敏度高、抗电磁干扰的优点，光纤光栅采用两端固定，避免了完全粘贴光纤光栅而产生的啁啾现象，使得本实用新型的实用性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型中的用于地震监测的光纤光栅加速度传感器的正视图；

图2是图1中的A-A视图；

图3是本实用新型中的L形杠杆的结构示意图。

图中：

1-壳体；11-上腔室；12-下腔室；

2-弹性板；

3-连接杆；

4-光纤光栅；41-光纤接头；

5-L形杠杆；51-长臂；52-短臂；521-凹槽；

6-弹性支撑件。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

本实施例中所述的前、后、左、右等方位概念以附图1中所示的前、后、左、右等方位概念为准，具体地，附图1中伸入纸面的一侧为后，伸出纸面的一端为前，附图1中所示左侧为左，附图1中所示右侧为右。

实施例1：

本实施例中，一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，如图1所示，包括壳体1、弹性板2、质量块、连接杆3、光纤光栅4和两个L形杠杆5，具体的，上述弹性板2水平安装在上述壳体1内部并将上述壳体1隔分为上腔室11和下腔室12，上述连接杆3、光纤光栅4和两个L形杠杆5均位于上述下腔室12中，上述弹性板2上设有通孔，上述质量块通过上述通孔嵌设在上述弹性板2上，上述连接杆3上端与上述质量块底部连接，上述连接杆3下端设有水平托板，两个上述L形杠杆5分别铰接于上述连接杆3两侧，两个铰接点位于同一水平面上，受外力作用时两个上述L形杠杆5可分别以各自的铰接点做上下摆动，上述光纤光栅4的两端分别与两个上述L形杠杆5的自由端固定以上述绷紧光纤光栅4，上述L形杠杆5上下摆动时便带动上述光纤光栅4也发生形变，上述水平托板上设有用于水平支撑起两个上述L形杠杆5的弹性支撑件6，上述弹性支撑件6使两个上述L形杠杆5在非外力作用下处于水平位置。

采用该结构，通过将本实用新型固定在待测物体上，当待测物体产生加速度时，上述质量块在加速度作用下带动上述弹性板2发生形变，进而通过其下部的连接杆3带动两个上述L形杠杆5分别以各自的铰接点进行上下一定幅度的摆动，进而带动上述光纤光栅4发生形变，形变中的上述光纤光栅4的输出波长会发生改变，通过外部调节仪测量上述光纤光栅4输出波长的变化量即可测出待测物体的加速度值，具有灵敏度高、抗电磁干扰的优点，上述光纤光栅4采用两端分别粘结固定，避免了完全粘贴光纤光栅4而产生的啁啾现象，使得本实用新型的实用性更强。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，本实施例中，如图1所示，上述弹性支撑件6包括两个压缩弹簧，具体的，两个上述压缩弹簧的底端固定在上述水平托板上，两个上述压缩弹簧的顶端分别固定在两个上述L形杠杆5上，两个上述压缩弹簧分别对两个上述L形杠杆5进行弹性支撑，使两个上述L形杠杆5一左一右呈“冂”字形水平展开，使上述光纤光栅4在非外力作用时候可保持绷紧状态，而上述压缩弹簧的弹性使得在加速度作用时候不会影响上述L形杠杆5的上下摆动。

本实施例中，如图1和图3所示，上述L形杠杆5包括长臂51和短臂52，上述长臂51呈水平展开，上述短臂52垂直于上述长臂51且方向朝下，上述压缩弹簧连接在上述长臂51上，上述短臂52与长臂51的长度比优选为1:2到1:4之间，上述L形杠杆5为有钢材料制成的结构件，需要说明的是，上述L形杠杆5悬在上述下腔室12中，不与上述壳体1的底壁和任一侧壁接触，使上述光纤光栅4也悬在上述下腔室12中，两个上述L形杠杆5静止不动时，上述长臂51与上述弹性板2以及壳体1保持水平，当外界有振动信号作用于传感器时，上述质量块便带动上述连接杆3和两个上述L形杠杆5上下运动，从而导致上述光纤光栅4的输出波长发生变化。

本实施例中，如图3所示，上述短臂52的端部设有凹槽521，上述凹槽521用以粘接卡固上述光纤光栅4，使上述光纤光栅4的端部固定在上述L形杠杆5的自由端上，具体的，上述光纤光栅4的两端均设有一个光纤接头41，两个上述光纤接头41分别嵌接在两个上述凹槽521内，并通过粘胶进一步粘接固定，需要说明的是，本实施例中的光纤光栅4为现有技术，包括光纤和光栅，两个短臂52对上述光纤施加有一定的预应力，使上述光纤处于紧绷状态，上述光栅刻制在上述光纤的中间位置，上述光纤为封装好的。

作为优选，上述光纤光栅4的中心波长优选为1530-1550nm。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上做进一步优化，本实施例中，如图1和图2所示，上述壳体1形状为长方体，上述壳体1的前后两面贯通，上述壳体1的底部设有螺孔，便于安装在待测物体上，上述弹性板2的形状大小与上述壳体1相同，其厚度与上述壳体1的厚度一致，上述弹性板2位于上述壳体1的上半部。

本实施例中，上述质量块选用黄铜材料制成，上述质量块与上述弹性板2紧密接触，上述质量块的形状为正方体，上述通孔设置在上述弹性板2的中央，上述质量块嵌接在上述弹性板2的中间位置上，上述质量块露出上述弹性板2上表面的部分和露出下表面的部分完全相同，使上述质量块与弹性板2之间的相互作用力在各方向上保持平衡，上述质量块质量块与上述弹性板2以及壳体1的上下部分保持水平，上述连接杆3的上端与上述质量块的底部中心位置通过焊接固定，上述连接杆3优选钢材料制成，上述壳体1和上述弹性板2为由不锈钢材料制成的结构件，上述壳体1和上述弹性板2一体成形。

本实用新型在安装上述光纤光栅4时采取两端固定粘贴，避免了完全粘贴上述光纤光栅4而产生的啁啾现象，使用时，固定在待测物体上，将光纤连接在外部解调仪上，当待测物体产生加速度时，外力通过上述弹性板2作用在上述质量块上，使上述质量块在外力的作用下逐一带动上述L形杠杆5发生形变，进而使连接在上述L形杠杆5上的光纤光栅4发生形变，从而改变了上述光纤光栅4的输出波长，通过测量上述光纤光栅4输出波长的变化量得到待测物体的加速度值。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，其特征在于：包括壳体、弹性板、质量块、连接杆、光纤光栅和两个L形杠杆，所述弹性板水平安装在所述壳体内部并将所述壳体隔分为上腔室和下腔室，所述弹性板上设有通孔，所述质量块通过所述通孔嵌设在所述弹性板上，所述连接杆上端与所述质量块底部连接，所述连接杆下端设有水平托板，两个所述L形杠杆分别铰接于所述连接杆两侧，所述水平托板上设有用于水平支撑起两个所述L形杠杆的弹性支撑件，所述光纤光栅的两端分别与两个所述L形杠杆的自由端固定以绷紧所述光纤光栅。

2.根据权利要求1所述的一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述弹性支撑件包括两个压缩弹簧，两个所述压缩弹簧的底端固定在所述水平托板上，两个所述压缩弹簧的顶端分别固定在两个所述L形杠杆上，两个所述L形杠杆通过两个所述压缩弹簧的弹性支撑呈“冂”字形水平展开。

3.根据权利要求2所述的一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述L形杠杆包括长臂和短臂，所述长臂呈水平展开，所述短臂垂直于所述长臂且方向朝下，所述压缩弹簧连接在所述长臂上。

4.根据权利要求3所述的一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述短臂的端部设有凹槽。

5.根据权利要求4所述的一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述光纤光栅的两端均设有一个光纤接头，两个所述光纤接头分别嵌接在两个所述凹槽内。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述壳体形状为长方体，所述壳体的前后两面贯通，所述弹性板的形状为矩形，所述弹性板位于所述壳体的上半部。

7.根据权利要求6所述的一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述通孔设置在所述弹性板的中央位置。

8.根据权利要求7所述的一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述壳体和所述弹性板为由不锈钢材料制成的结构件，所述壳体和所述弹性板一体成形。

9.根据权利要求3所述的一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述短臂与长臂的长度比为1:2～1:4。

10.根据权利要求1所述的一种用于地震监测的光纤光栅加速度传感器，其特征在于：所述光纤光栅的中心波长为1530-1550nm。

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