CN2578832Y - 温度自补偿差动式光纤加速度传感头 - Google Patents
温度自补偿差动式光纤加速度传感头 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型一种温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其中包括：一外壳，该外壳为一矩形立方体；一悬臂梁，该悬臂梁为一三角形，该悬臂梁的一边固定在外壳的一内侧壁面的中间位置；一质量块，该质量块为一球体，质量块固定在悬臂梁远离固定边的端部；一传输光纤，该传输光纤的头端用粘胶固定在悬臂梁反面的根部，并相隔一距离后再用粘胶固定，该传输光纤绕过悬臂梁端部的质量块，并在臂梁的正面用粘胶在两点固定，该传输光纤的另一端延伸出外壳。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种温度自补偿差动式光纤光栅加速度传感头。
背景技术
传统的加速度传感器主要是基于压阻式、压电式、谐振式等原理，容易受到电磁干扰，而且寿命较短，难以实现分布式测量。相比之下，光纤加速度传感器具有下述优点：
1、响应速度快、频率范围宽、灵敏度高、线性好、稳定性好；
2、结构尺寸小、耐疲劳性能好；
3、可以在很宽的温度范围内工作(-100℃～+300℃)，并可应用于高压环境；
4、不受电磁干扰，安全系数大。
光纤光栅加速度传感器除具备光纤传感器固有的优点外，由于其输出表征信号为光栅反射的光信号的中心波长，属于数字量，所以具有优异的传输特性(不受光源波动及长距离传输光纤引入衰减的影响)，而且通过不同波长复用可以方便地实现准分布式测量。可以广泛应用于核爆试验、航空航天工程等国防尖端技术领域及水利水工、铁路、桥梁、大型建筑、电力、石油、地质、化工、地震监测等领域。
由于光纤光栅本身对温度及应变同时敏感，在使用光纤光栅做为加速度传感器敏感元件时会受到温度的影响而导致测量精度大大降低，针对这一实际应用问题，本实用新型提出一种既能消除温度影响又能提高分辨率的温度自补偿差动式光纤光栅加速度传感头。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其具有：
1、响应速度快、频率范围宽、灵敏度高、线性好、稳定性好；
2、结构尺寸小、耐疲劳性能好；
3、可以在很宽的温度范围内工作(-100℃～+300℃)，并可应用于高压环境；
4、不受电磁干扰，安全系数大。
本实用新型一种温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其特征在于，其中包括：
一外壳，该外壳为一矩形立方体；
一悬臂梁，该悬臂梁为一三角形，该悬臂梁的一边固定在外壳的一内侧壁面的中间位置；
一质量块，该质量块为一球体，质量块固定在悬臂梁远离固定边的端部；
一传输光纤，该传输光纤的头端用粘胶固定在悬臂梁反面的根部，并相隔一距离后再用粘胶固定，该传输光纤绕过悬臂梁端部的质量块，并在臂梁的正面用粘胶在两点固定，该传输光纤的另一端延伸出外壳。
其中传输光纤在悬臂梁正反面固定的两点的位置对应。
其中传输光纤在悬臂梁正反面固定的两点之间为一光纤光栅。
其中该传输光纤的两端分别延伸出外壳。
其中可以在外壳内安装一至三个悬臂梁。
其中在密封外壳内抽真空或充入惰性气体。
其中所述光纤光栅可用F-P腔或光纤马赫—曾德尔干涉仪替换。
其中在外壳的上面开有一孔，该孔的位置对应于质量块，在孔中插入一T形支架，该T形支架的端部与质量块连接。
附图说明
为进一步说明本实用新型的技术内容，以下结合附图及实施例对本实用新型作一详细的描述，其中：
图1为本实用新型的主视剖面图。
图2为本实用新型图1的A-A向剖面图。
图3为本使用新型的另一实施例的主视剖面图。
图4为本实用新型的再一实施例的主视剖面图。
具体实施方式
参见图1及附图2，本实用新型的第一实施例，本实用新型的传感头由传输光纤7、密封金属外壳1及其内部的悬臂粱3、光纤光栅2和质量块4构成。
其中包括：
一外壳1，该外壳1为一矩形立方体，该外壳1由金属制作，且为密封结构，还可以在外壳1内充入惰性气体，改变传感头动态特性，提高使用寿命；
一悬臂梁3，该悬臂梁3为一三角形，该悬臂梁3的一边固定在外壳1的一内侧壁面的中间位置，(该悬臂梁3还可以为多个，来测量一个以上方向的加速度)；
一质量块4，该质量块4为一球体，质量块4固定在悬臂梁3远离固定边的端部，通过改变质量块4的重量，调节传感头的测量范围和分辨率；
一传输光纤7，该传输光纤7的头端71用粘胶5固定在悬臂梁3反面的根部，并相隔一距离后再用粘胶5固定，该传输光纤7绕过悬臂梁3端部的质量块4，并在臂梁3的正面用粘胶5在两点固定，该传输光纤7的另一端延伸出外壳1；其中传输光纤7在悬臂梁3正反面固定的两点的位置对应。
其中传输光纤7在悬臂梁3正反面固定的两点之间为一光纤光栅2。
请参阅图3所示，为本实用新型的第二实施例，其大体上与第一实施例相同，不同之处在于，该传输光纤7的两端分别延伸出外壳1。
请再参阅图4，为本实用新型的第三实施例，其大体上与第一实施例相同，不同之处在于，其中在外壳1的上面开有一孔11，该孔11的位置对应于质量块4，在孔11中插入一T形支架8，该T形支架8的端部与质量块4连接。
本实用新型的工作方式：
本实用新型的第一实施例是通过悬臂梁3上的敏感元件光纤光栅2，测量悬臂梁3上的质量块4的上下位移量达到测量加速度的目的。
本实用新型第二实施例是通过将其中的光纤光栅(尤其是光纤布拉格光栅)改用F-P腔、光纤马赫—曾德尔干涉仪或其他种类的光纤敏感元件、采用多个悬臂梁来测量一个以上方向的加速度、采用一个以上传输光纤引出头(例如附图3即为其中可能的一种结构，具有两个传输光纤引出头)达到测量加速度的目的。
本实用新型第三实施例是通过变通后的结构(例如附图4即为其中可能的一种结构)来测试温度、压力、应变、力、位移等物理量，都仍然能够保证本实用新型的效果，也就是说通过探出外壳1上面的T形支架8与质量块4的连接，达到测试温度、压力、应变、力、位移等物理量。
本传感头包括传输光纤、密封金属外壳及其内部的悬臂粱、光纤光栅、质量块。光信号经传输光纤到达固定于密封金属外壳内壁的悬臂梁上的光纤光栅，由于光纤光栅具有有效的选频特性，当入射波长满足反射条件时，将有部分正向传输的光被耦合为反向传输模，并沿原光路反射回光纤。本技术的关键在于在悬臂粱的正反两面分别粘接(或焊接)了两个光纤光栅做为敏感元件，悬臂粱的末端安装有一个质量块。当有加速度作用在传感头上时，质量块将加速度转换为反方向的过载力，使悬臂粱产生挠性弯曲，从而使粘接(或焊接)在悬臂粱正反面的两个光纤光栅分别承受拉应力和压应力，他们所反射的光信号的中心波长相对于各自初始值将相应地增大或减小；与此相反，当传感头所处环境的温度发生改变时，两个光纤光栅所反射的光信号的波长只会朝相同的方向移动，即同时增大或同时减小。
本实用新型具有如下的主要优点：
1)使用一个悬臂粱即可实现单向加速度的差动测量，简化了结构。
2)用两个光纤光栅反射光信号中心波长的差值来检测加速度的大小，直接消除了温度对加速度传感头的影响，同时使测量灵敏度提高了一倍，此外还可以提高线性相关度。
3)解决了裸光纤光栅抗疲劳性较差的问题，提高了长期工作的可靠性。
4)密封金属壳内部通过抽真空或充惰性气体等方法可以实现不同的阻尼特性，从而改变传感头的动态特性，并提高传感头的使用寿命。
5)通过改变质量块的重量，可以方便地调节传感头的测量范围和分辨率。
6)可以直接用于温度测量；
7)可以稍做结构改变后用于测试温度、压力、应变、力、位移等物理量的测量。
Claims (8)
1、一种温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其特征在于，其中包括：
一外壳，该外壳为一矩形立方体；
一悬臂梁，该悬臂梁为一三角形，该悬臂梁的一边固定在外壳的一内侧壁面的中间位置；
一质量块，该质量块为一球体，质量块固定在悬臂梁远离固定边的端部；
一传输光纤，该传输光纤的头端用粘胶固定在悬臂梁反面的根部，并相隔一距离后再用粘胶固定，该传输光纤绕过悬臂梁端部的质量块，并在臂梁的正面用粘胶在两点固定，该传输光纤的另一端延伸出外壳。
2、根据权利要求1所述的温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其特征在于，其中传输光纤在悬臂梁正反面固定的两点的位置对应。
3、根据权利要求1所述的温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其特征在于，其中传输光纤在悬臂梁正反面固定的两点之间为一光纤光栅。
4、根据权利要求1所述的温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其特征在于，其中该传输光纤的两端分别延伸出外壳。
5、根据权利要求1所述的温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其特征在于，其中可以在外壳内安装一至三个悬臂梁。
6、根据权利要求1所述的温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其特征在于，其中在密封外壳内抽真空或充入惰性气体。
7、根据权利要求1所述的温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其特征在于，其中所述光纤光栅可用F-P腔或光纤马赫—曾德尔干涉仪替换。
8、根据权利要求1所述的温度自补偿差动式光纤加速度传感头，其特征在于，其中在外壳的上面开有一孔，该孔的位置对应于质量块，在孔中插入一T形支架，该T形支架的端部与质量块连接。
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