[发明专利]一种小型弹性板结构的光纤光栅加速度传感器及测量方法

说明书

本发明提供一种小型弹性板结构的光纤光栅加速度传感器及其测量方法，包括上盖、底座，连接上盖和底座的上下支柱，位于中部的弹性体和若干光纤光栅，所述弹性体包括质量块和连接在质量块中部两侧的弹性板，上支柱顶部和下支柱底部分别开设有光纤槽A和光纤槽C，质量块的上下表面开设有光纤槽B，两根光纤通过一定预应力依次固定在质量块与上下支柱的光纤槽中，光栅处于支柱与质量块的空隙中，测量时通过建立起加速度与光纤光栅波长漂移量之间的关系，借助解调仪得到光纤光栅中心波长变化，获得振动信号的振动信息。本发明具有结构简单、体积小、成本低、抗电磁干扰、还具有温度补偿，以及便于分布式测量等优点。

技术领域

本发明属于机械振动测量技术领域，具体涉及一种小型弹性板结构的光纤光栅加速度传感器及其测量方法。

背景技术

光纤光栅加速度传感器因其具有动态范围广、耐高温、抗电磁干扰等优势而广泛地用于振动的检测，光纤光栅加速度传感器利用惯性原理来感知加速度信号，并将加速度的变化转化为光纤光栅中心波长的漂移量。依据光栅的受力变形形势可将光纤光栅加速度传感器划分两类，一类为顺便柱体、膜片、梁等弹性结构作为弹性元件，将光纤光栅粘贴在弹性元件的表面形成的粘贴式光纤光栅加速度传感器，该类传感器体积与质量较大、易发生啁啾现象，另一种为光纤光栅自身作为弹性体，此类传感器稳定性较差、易发生交叉串扰、寿命低。因此，为了能够在小空间内安装并检测、易于多点测量、实现远距离信号传输，本发明拟设计一种小型弹性板结构的光纤光栅加速度传感器及其测量方法，该传感器不仅能够减小横向振动对纵向加速度测量的干扰，具有结构简单、体积小、成本低、抗电磁干扰、还具有温度补偿，以及便于分布式测量等优点。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种小型弹性板结构的光纤光栅加速度传感器，包括上盖、底座，连接上盖和底座的上下支柱，位于中部的弹性体和若干光纤光栅，其特征在于：所述弹性体包括质量块和连接在质量块中部两侧的弹性板，弹性板外侧边缘设置在上下支柱之间，通过上下支柱夹紧固定，上支柱顶部和下支柱底部分别开设有光纤槽A和光纤槽C，质量块的上下表面开设有光纤槽B，两根光纤通过一定预应力依次固定在质量块与上下支柱的光纤槽中，光栅处于支柱与质量块的空隙中，刻在在上下两根光纤上，测量时通过建立起加速度与光纤光栅波长漂移量之间的关系，借助解调仪得到光纤光栅中心波长变化，获得振动信号的振动信息。

所述弹性体为一体成型结构，采用304不锈钢材料制得，弹性体中部为矩形柱状质量块，矩形柱块中段两侧对称设有一对片状矩形弹性板。

所述上盖底部两端对称设有一对上支柱，底座顶部两端对称设有一对下支柱，两侧上下支柱分别配合连接，上支柱底部设有凸台与下支柱顶部开设的凹槽相配合，弹性板外端边缘设在下支柱上凹槽内，通过上下支柱压紧固定。

所述两侧上支柱上开设的光纤槽A的连线走向、两侧下支柱上开设的光纤槽C的连线走向，与位于质量块上下的两个光纤槽B的走向一致，且相隔一定的距离，用于将两根光纤分别固定在质量块和上下支柱的光纤槽中，实现温度补偿。

所述上支柱与上盖之间，下支柱与底座之间，以及上下支柱之间均通过螺钉连接固定。

一种小型弹性板结构的光纤光栅加速度传感器的测量方法，其特征在于，包括如下过程：测量时，将传感器安装在被测体表面，保持其底座处于水平位置，当被测体产生沿传感器竖直方向的振动时，在惯性力作用下，质量块上下移动使得弹性板产生变形量，使得与质量块连接的光纤光栅拉伸或压缩而获得中心波长的漂移，通过建立质量块、弹性板和光纤光栅所受作用力的相互关系得到振动加速度与光纤光栅应变的关系，进而建立起加速度与光纤光栅波长漂移量之间的关系，从而得到加速度的振动信号。

本发明具有如下优点：

本发明以弹性板为弹性元件，能够减小横向振动对纵向加速度测量的干扰。本发明具有结构简单、体积小、成本低、抗电磁干扰、还具有温度补偿等优点；有利于分布式(多点)测量。