CN212722943U - 铰链式高频fbg加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了铰链式高频FBG加速度传感器，传感器包括：L型基座，所述L型基座的第一端与柔性铰链的第一端连接，柔性铰链的第二端与质量块的第一端连接；所述L型基座的第二端与光纤支架的第一端固定连接；其中，光纤支架的第一端通过第一根光纤布拉格光栅加速度传感器与质量块的第二端连接；光纤支架的第二端通过第二根光纤布拉格光栅加速度传感器与质量块的第二端连接；所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器的轴线方向和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的轴线方向，均与柔性铰链的轴线方向垂直。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤布拉格光栅加速度传感器技术领域，特别是涉及铰链式高频FBG加速度传感器。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本实用新型相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
现有的加速度传感器结构设计复杂，不利于加工，而且对地震信号的检测精度低。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了铰链式高频FBG加速度传感器；
第一方面，提供了铰链式高频FBG加速度传感器；
铰链式高频FBG加速度传感器，包括：
L型基座，所述L型基座的第一端与柔性铰链的第一端连接，柔性铰链的第二端与质量块的第一端连接；所述L型基座的第二端与光纤支架的第一端固定连接；其中，光纤支架的第一端通过第一根光纤布拉格光栅加速度传感器与质量块的第二端连接；光纤支架的第二端通过第二根光纤布拉格光栅加速度传感器与质量块的第二端连接；所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器的轴线方向和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的轴线方向，均与柔性铰链的轴线方向垂直。
第二方面，提供了基于铰链式高频FBG加速度传感器的性能测试装置；
基于铰链式高频FBG加速度传感器的性能测试装置，包括：振动测试模块和波长解调模块；
所述振动测试模块，包括：依次连接的信号发生器、功率放大器和激振台；
波长解调模块，包括：依次连接的光源、光纤光栅波长解调仪、基于铰链式高频FBG加速度传感器和计算机；
其中，基于铰链式高频FBG加速度传感器固定安装在激振台上。
进一步地，所述信号发生器发生的信号经过功率放大器放大后，驱动激振台输出相应的振动信号，基于铰链式高频FBG加速度传感器接收到振动信号后，振动信号使基于铰链式高频FBG加速度传感器的反射光谱发生变化，光纤光栅波长解调仪将发生变化的反射光谱转换成电信号，在计算机上显示出来。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本申请的加速度传感器结构简单，易于加工，对地震信号的检测精度高。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1为第一个实施例的装置结构示意图；
图2为第一个实施例的FBG拉伸量放大原理图；
图3为第一个实施例的传感器振动实验系统示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例提供了铰链式高频FBG加速度传感器；
如图1所示，铰链式高频FBG加速度传感器，包括：
L型基座，所述L型基座的第一端与柔性铰链的第一端连接，柔性铰链的第二端与质量块的第一端连接；所述L型基座的第二端与光纤支架的第一端固定连接；其中，光纤支架的第一端通过第一根光纤布拉格光栅加速度传感器与质量块的第二端连接；光纤支架的第二端通过第二根光纤布拉格光栅加速度传感器与质量块的第二端连接；所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器的轴线方向和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的轴线方向，均与柔性铰链的轴线方向垂直。
进一步地，所述柔性铰链为正圆柔性铰链。
进一步地，所述光纤支架上设有光纤沟槽，所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器，均安装在光纤支架的光纤沟槽内。
进一步地，所述铰链式高频FBG加速度传感器，L型基座、柔性铰链、质量块和光纤支架是由一整块弹簧钢经过线切割和热处理加工而成，形成一个不可分割的整体。
进一步地，所述光纤支架包括支架主体，所述支架主体为长方体结构，所述支架主体的两端分别连接对应的折弯部，所述折弯部为直角型结构，所述折弯部的外侧设有光纤沟槽。
进一步地，所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器的两端是通过胶结剂粘贴在质量块和光纤支架的光纤沟槽内。
进一步地，所述第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的两端是通过胶结剂粘贴在质量块和光纤支架的光纤沟槽内。
应理解的，所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器，均有设定的预拉量。
进一步地，所述质量块长度e为5毫米，质量块高度h为6毫米，柔性铰链厚度t为2毫米。
铰链式高频FBG加速度传感器的工作原理：
当铰链式高频FBG加速度传感器敏感方向受到外力产生振动时，质量块在惯性力的作用下绕着柔性铰链中心上下微幅转动，带动第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器发生轴向的微小伸缩形变，质量块上下两端的第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器一端拉伸一端收缩；
因第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的中心波长相近，各项特性均相同，所以第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器由轴向应变产生的波长变化量大小相同，方向相反；
将第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的反射谱差分运算，得到铰链式高频FBG加速度传感器的灵敏度；铰链式高频FBG加速度传感器的灵敏度，变为单根光纤布拉格光栅加速度传感器的两倍，并能消除温度变化带来的不利影响。
提高光纤光栅加速度传感器的灵敏度的关键是提高光纤光栅中心波长变化量，现有技术一般基于柔性铰链的光纤光栅加速度传感器都是水平放置光纤光栅。本实用新型提出一种基于柔性铰链的新型光纤光栅加速度传感器结构，通过在光纤支架竖直放置FBG的方式增加光纤光栅的拉伸量以增大光纤光栅中心波长变化量，设计的原理图如图2所示。
如图2所示，水平放置的光纤光栅AB长度为l1，竖直放置的光纤光A'B长度为l2，A点与A'固定且l1＝l2。当传感器受到加速度影响时质量块发生振动，光纤固定点从B点移动到B'点，此时光纤光栅AB'的长度为l'1，转动的角度为α，光纤光栅A'B'为l'2，转动的角度为β，B'B＝Δx。由余弦定理可知
则光纤光栅的拉伸量
由于传感器信号为微幅振动信号，β<α且l1＝l2，所以Δl2>Δl1，实现增敏效果。
实施例二
本实施例提供了基于铰链式高频FBG加速度传感器的性能测试装置；
如图3所示，基于铰链式高频FBG加速度传感器的性能测试装置，包括：振动测试模块和波长解调模块；
所述振动测试模块，包括：依次连接的信号发生器、功率放大器和激振台；
波长解调模块，包括：依次连接的光源、光纤光栅波长解调仪、基于铰链式高频FBG加速度传感器和计算机；
其中，基于铰链式高频FBG加速度传感器固定安装在激振台上。
进一步地，所述信号发生器发生的信号经过功率放大器放大后，驱动激振台输出相应的振动信号，基于铰链式高频FBG加速度传感器接收到振动信号后，振动信号使基于铰链式高频FBG加速度传感器的反射光谱发生变化，光纤光栅波长解调仪将发生变化的反射光谱转换成电信号，在计算机上显示出来。
为了标定传感器的性能参数，需要对传感器进行动态标定和性能测试。将传感器底座固定在振动台上，并保持与振动台振动方向垂直。将两根光栅分别引入波长解调仪的两个通道中，通过计算机进行实时显示并记录数据。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，包括：
L型基座，所述L型基座的第一端与柔性铰链的第一端连接，柔性铰链的第二端与质量块的第一端连接；所述L型基座的第二端与光纤支架的第一端固定连接；其中，光纤支架的第一端通过第一根光纤布拉格光栅加速度传感器与质量块的第二端连接；光纤支架的第二端通过第二根光纤布拉格光栅加速度传感器与质量块的第二端连接；所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器的轴线方向和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的轴线方向，均与柔性铰链的轴线方向垂直；所述柔性铰链为正圆柔性铰链。
2.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，所述光纤支架上设有光纤沟槽，所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器，均安装在光纤支架的光纤沟槽内。
3.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，L型基座、柔性铰链、质量块和光纤支架是由一整块弹簧钢经过线切割和热处理加工而成，形成一个不可分割的整体。
4.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，所述光纤支架包括支架主体，所述支架主体为长方体结构，所述支架主体的两端分别连接对应的折弯部，所述折弯部为直角型结构，所述折弯部的外侧设有光纤沟槽。
5.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器的两端是通过胶结剂粘贴在质量块和光纤支架的光纤沟槽内。
6.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，所述第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的两端是通过胶结剂粘贴在质量块和光纤支架的光纤沟槽内。
7.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器，均有设定的预拉量。
8.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，所述质量块长度为5毫米。
9.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，质量块高度为6毫米。
10.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，柔性铰链厚度为2毫米。
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|---|---|---|---|---|
| CN114166333A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-11 | 武汉理工大学三亚科教创新园 | 一种海底振动信号测量装置和测量方法 |
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| CN114166333A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-11 | 武汉理工大学三亚科教创新园 | 一种海底振动信号测量装置和测量方法 |
| CN114166333B (zh) * | 2021-12-14 | 2024-05-07 | 武汉理工大学三亚科教创新园 | 一种海底振动信号测量装置和测量方法 |
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