[发明专利]伺服式光纤布拉格光栅加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的伺服式加速度传感器。

背景技术

加速度传感器是用于测量物体运动加速度的一种装置，广泛地应用于地球物理勘探、地震测量、交通运输、航空航天等领域。

加速度传感器是利用惯性原理进行工作的。通常有两种测量物体运动加速度的方法：

(1)通过测量物体相对于惯性检测质量的位移或速度，并对其进行导数运算而得到加速度。

(2)通过测量随被测物体一起运动的惯性检测质量所受到的惯性力的大小来获得物体运动的加速度。

加速度传感器的种类繁多，从纯机械式逐渐发展到液浮、磁悬浮和气浮式，以及后来的挠性、激光、压电晶体谐振式等。不同类型的加速度计具有各自的优点和不足，如电容式的加速度计，具有温度系数小、稳定性好、灵敏度高的优点，但是缺点是加工精度要求太高且信号处理电路复杂；压电式加速度计具有频带响应宽和灵敏度高的特点，但是压电材料极化产生的是直流电荷，在低频的时候难以进行压电测量，影响传感器的低频特性。总体来看，加速度传感器性能的优劣，关键要看其在低频段的响应情况，然而，要获取物体作低频运动时的加速度是非常困难的，必须采用新的原理、特殊的方法和技术，保证其在低频段有良好的加速度响应曲线。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、低频特性好、测试精度和灵敏度高、不易受电磁辐射干扰的伺服式光纤布拉格光栅加速度传感器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：伺服式光纤布拉格光栅加速度传感器，其特征在于：它包括振动位移传感器和伺服反馈控制装置；振动位移传感器包括外壳1、圆筒形检测质量块3、光纤6、光纤接头7、光纤布拉格光栅8、弹性悬臂梁9；

伺服反馈控制装置包括圆柱形永久磁体2、磁力驱动线圈4、下永久磁体调整螺栓5、上永久磁体调整螺栓11；

外壳1由软磁材料制成，圆筒形检测质量块3套在圆柱形永久磁体2外，圆柱形永久磁体2和圆筒形检测质量块3位于外壳1内；下永久磁体调整螺栓5的上端部穿过外壳1上的下螺栓孔后旋入圆柱形永久磁体2下端的螺纹孔中，上永久磁体调整螺栓11的下端部穿过外壳1上的上螺栓孔后旋入圆柱形永久磁体2上端的螺纹孔中，圆筒形检测质量块3由弹性悬臂梁9固定在外壳1上；圆筒形检测质量块的外面缠绕有多匝磁力驱动线圈4，磁力驱动线圈的两端与设在外壳1上的反馈电流输入端口10相连；弹性悬臂梁9的表面牢固地粘贴有一个光纤布拉格光栅8，光纤6的一端与设置在外壳1上的光纤接头7相连，光纤6的另一端与光纤布拉格光栅8的输入端相连。

所述弹性悬臂梁9的个数为四个，四个弹性悬臂梁9分别对应与圆筒形检测质量块3的左上端、右上端、左下端、右下端相连，且四个弹性悬臂梁9位于同一铅直平面内。

本发明的有益效果是：1、结构简单；利用悬臂梁的隔振作用使圆筒形检测质量块3成为一个绝对静止的参考系，当传感器外壳沿轴向振动时，由于质量块的惯性，悬臂梁弯曲产生应变，使牢固地粘贴在悬臂梁表面的光纤布拉格光栅的光纤常数发生变化，这样反射光的中心波长漂移就与圆筒形检测质量块的轴向位移建立了关系；与此同时测量轴向位移的大小和方向，并输出反馈电流，产生一个作用于圆筒形检测质量块上与惯性力方向相反的力，使得圆筒形检测质量块与外界振动物体保持相对静止。通过测量反馈控制电流的大小就可以确定外壳振动加速度的大小。

2、采用光纤布拉格光栅进行位移传感可提高圆筒形检测质量块相对位移的测量精度和灵敏度，其次，由于加入了反馈控制环节，圆筒形检测质量块始终与外壳基本保持相对静止状态，与其它类型的加速度传感器相比，本发明动态响应范围大，低频特性好、测试精度和灵敏度高、不易受电磁辐射干扰，适用于铁路、桥梁、核电站、水坝和大型建筑物的振动测量。

附图说明

图1是本发明伺服式光纤布拉格光栅加速度传感器的结构示意图。

图2是位移信号提取与处理和反馈控制系统的原理框图。

图中：1-外壳，2-圆柱形永久磁体，3-圆筒形检测质量块，4-磁力驱动线圈，5-下永久磁体调整螺栓，6-光纤，7-光纤接头(FC/APC)，8-光纤布拉格光栅(FBG)，9-弹性悬臂梁，10-反馈电流输入端口，11-上永久磁体调整螺栓。

具体实施方式