[发明专利]一种基于弹性形变的光纤加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及加速度传感器技术领域，特别涉及一种基于弹性形变的光纤加速度传感器。

背景技术

加速度传感器是一种基于惯性效应而感应加速度信号的传感器，主要用于测量振动和冲击。现代军用、民用的加速度传感器通常为光纤加速度传感器和压电加速度传感器，主要应用于地震监测、油田监测、建筑健康情况监测、空间落物定位、弹药冲击测试等。传统的压电加速度传感器具有体积小、重量轻、频带宽、量程大等特点，但是由于灵敏度不高、有源器件不易复用等缺点限制了其使用范围，而光纤加速度传感器的出现恰好弥补了这一缺陷，光纤加速度传感器具有灵敏度高、动态范围大、抗电磁干扰、无源器件易复用、噪声小、信号传输可靠等优点，可实现远距离、大规模传感器阵列。

光纤加速度传感器是80年代初新发展起来的一种新型加速度传感器，随着光纤传感技术研究的不断深化，光纤加速度传感器也得到了巨大的发展。常见的光纤加速度传感器有顺变柱体式加速度传感器、膜片式加速度传感器、光纤光栅式加速度传感器。顺变柱体式加速度传感器能够实现很高的灵敏度，但是由于顺变柱体本身采用的是橡胶材料，易老化变形、不耐高温且体积和质量较大。膜片式加速度传感器体积小，但灵敏度不高，仅适用于灵敏度较低的场合。光纤光栅加速度传感器是近年来快速发展的一种加速度传感器，它具有体积小、灵敏度高等特点，但是由于技术发展尚不成熟，传感器的稳定性、一致性、交叉串扰等方面还需加强。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种基于弹性形变的光纤加速度传感器，以提高现有光纤加速度传感器的灵敏度。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于弹性形变的光纤加速度传感器，包括：主体、弹性件、固有质量块和形变感应光路；

所述弹性件的下部与所述主体固定连接，上部与所述固有质量块固定连接；

所述形变感应光路包括：沿纵向缠绕在所述主体、所述弹性件和所述固有质量块外侧的传感光纤，以及沿横向缠绕在所述主体外侧的参考光纤；所述形变感应光路，用于感应由所述弹性件的形变引起的光经过所述传感光纤和所述参考光纤后的相位差的变化。

优选地，所述形变感应光路还包括：输入光纤、输出光纤、光耦合器和两个法拉第悬镜；

所述输入光纤和所述输出光纤均与所述光耦合器的第一端耦合；

所述光耦合器与所述主体相连接；

所述传感光纤的第一端与所述光耦合器的第二端耦合，中间部分缠绕在所述主体、所述弹性件和所述固有质量块外侧，第二端与其中一个所述法拉第悬镜耦合；

所述参考光纤的第一端与所述光耦合器的第二端耦合，中间部分缠绕在所述主体外侧，第二端与另一个所述法拉第悬镜耦合；

所述两个法拉第悬镜均与所述主体相连接。

优选地，所述主体的中部设置有载镜凹槽，所述两个法拉第悬镜均设置在所述载镜凹槽内。

优选地，所述加速度传感器上设置有从上至下贯穿所述主体、所述弹性件和所述固有质量块的通孔，所述光耦合器设置在所述通孔内部。

优选地，所述主体的底面的中部设置有供所述感应光纤缠绕的底槽；所述固有质量块的顶面的中部上设置有供所述感应光纤缠绕的顶槽。

优选地，所述主体的底面的侧部设置有供所述感应光纤和所述参考光纤穿过的走线槽；所述走线槽连通所述通孔的下端和所述底槽。

优选地，所述弹性件采用簧片；所述簧片包括：与所述固定质量块相连接的上支撑板、与所述主体相连接的下支撑板，以及连接所述上支撑板和所述下支撑板的侧板；所述上支撑板与所述下支撑板平行；所述侧板的截面呈弧形。

优选地，所述加速度传感器还包括：附加质量块；所述附加质量块与所述固定质量块的上部可拆卸式连接。

优选地，所述附加质量块的上部呈圆形，在所述圆形的边缘向下设置有凸起。

优选地，所述加速度传感器还包括：底座；所述底座与所述主体的下部固定连接。

(三)有益效果