[发明专利]一种高灵敏度FBG加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅传感器，尤其是一种高灵敏度FBG加速度传感器。

背景技术

光纤光栅传感器属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。现有的光纤光栅加速度传感器在使用时，容易出现啁啾或多峰现象，其灵敏度是一个问题。并且在外界过大冲击作用时，过大的加速度会使光栅产生很大的轴向应变使得光栅被拉断。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种耐用的高灵敏度FBG加速度传感器。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种高灵敏度FBG加速度传感器，包括基座、上盖，基座和上盖之间通过螺钉连接，基座和上盖形成的空间内设有悬臂梁，悬臂梁一端与基座螺纹连接，另一端与质量块螺纹连接，质量块处于悬空状态，悬臂梁上设有两个支块，其中支块一设于悬臂梁与基座的连接端，支块二设于支块一与质量块之间，基座两侧设有光缆接头，光纤通过两个光缆接头且固定于支块一和支块二上，光栅栅区位于支块一和支块二之间。

作为优选，所述光栅设有预拉伸。

作为优选，所述基座底部设有一个限位螺钉，限位螺钉的中心位置与质量块的集中载荷共线，限位螺钉的端面与质量块之间设有间隙。

作为优选，所述基座采用铝合金材质。

作为优选，所述基座和上盖形成的空间内的螺纹连接处设有螺纹密封胶。

作为优选，所述基座和上盖形成的空间内部设有润滑油阻尼液。

发明有益的效果是：本发明通过调整支块的尺寸可以明显改善传感器的灵敏度，同时光栅栅区部分采用悬空方式，不直接粘贴到悬臂梁上可以有效避免出现中心波长啁啾或展宽现象；得出了该新型加速度传感器的具体结构尺寸，同时对于预拉伸、防过载破坏及温度补偿进行了结构设计；对传感器的传感单元进行了有限元仿真分析，结果与前面设计理论结果十分吻合；故本发明设计的光纤光栅加速度传感结构为新型加速度传感器设计提供了一种新颖的设计思路和方法，具有极大的实用意义和价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是传感单元力学模型结构图；

图3是纯弯梁弯曲变形表面几何关系图；

图4是应变分布云图；

图5是一阶模态应力分布云图；

附图标记说明：基座1，上盖2，质量块3，悬臂梁4，支块一5，支块二6，光缆接头7，光纤8，光栅栅区9，限位螺钉10。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例：如图1所示，一种高灵敏度FBG加速度传感器，包括基座1、上盖2，基座1和上盖2之间通过螺钉连接，基座1和上盖2形成的空间内设有悬臂梁4，悬臂梁4一端与基座1螺纹连接，另一端与质量块3螺纹连接，质量块3处于悬空状态，悬臂梁4上设有两个支块，其中支块一5设于悬臂梁4与基座1的连接端，支块二6设于支块一5与质量块3之间，基座1两侧设有光缆接头7，光纤8通过两个光缆接头7且固定于支块一5和支块二6上，光栅栅区9位于支块一5和支块二6之间。由于传感器用作加速度震动测量，故内部所有螺纹连接处均需做防松处理，即通过涂覆螺纹密封胶防松，尾端光缆接头7与光缆连接方式仍采用常规方式（压紧及涂胶水）连接，整个基座1内部填充润滑油阻尼液。

建立外界激励的加速度、频率信息与光纤光栅之间的力学模型是设计的关键，设计时采用悬臂梁4和质量块3力学模型，外界激励加速度产生的惯性力转换为悬臂梁4表面的应变，将光栅固定在悬臂梁4表面。这样，表面的应变将使光栅中心波长发生变化，结合光栅应变特性、力学理论知识，可以建立中心波长变化与外界激励加速度的线性关系，从而通过光栅波长变化量的检测可以换算出外界激励加速度大小，同时，传感器自身设计固有频率决定了可以探测外界激励信号的工作频率范围。将光栅时域波长变化信号进行FFT变换即可得到外界激励信号的频率特性曲线，从而检测出外界激励信号的频率成分。