[发明专利]一种阶梯型悬臂梁的光纤光栅加速度传感器及其测量方法

说明书

一种阶梯型悬臂梁的光纤光栅加速度传感器，包括一光纤光栅、二光纤光栅、一等厚度梁、二等厚度梁、基座与质量块；所述基座顶端与底端分别设置有一导纤槽与二导纤槽；所述质量块顶端与底端分别设置有三导纤槽与四导纤槽；所述一导纤槽与三导纤槽的底部位于同一水平面，所述二导纤槽与四导纤槽的底部位于同一水平面；所述基座侧面的中部与二等厚度梁连接，质量块侧面的中部与一等厚度梁连接，二等厚度梁与一等厚度梁连接；所述一等厚度梁与二等厚度梁组成阶梯型悬臂梁。本发明在安装光纤光栅时施加预应力，避免光纤光栅被拉伸或压缩时被破坏，增加传感器的使用寿命；解决了温度对测量结果产生影响，保证了测量结果的精确性更高。

技术领域

本发明涉及一种机械振动测量技术，属于机械测量领域，尤其涉及一种阶梯型悬臂梁的光纤光栅加速度传感器及其测量方法。

背景技术

机械设备的振动测量一直是工程技术界重视的课题。机械设备在长期运行过程中，很容易产生机械故障，一旦发生故障，不仅影响机械设备的工作状态，严重时还会造成重大安全事故，引起人员和财产的重大损失。而且，很多机械设备故障与其低频振动高度相关。通过机械设备振动信息的分析可以及时、准确地诊断和预测机械设备故障，对提高机械设备的运行稳定性、安全性、经济性具有十分重要的意义。

传统的振动监测传感器多为电涡流传感和光电传感器。在低频振动信号测量中，电涡流传感器存在着明显的局限性：首先，电涡流传感器的感应线圈材料的电阻过高，将导致传感器的线性测量范围和品质因数低，严重影响低频振动信号的测量结果。其次，电涡流传感的温度稳定性差，抗电磁干扰性低，不适用于高温强磁场的工作环境。再者，传统的电涡流传感器受线圈结构参数的影响，将导致电涡流传感器灵敏度欠佳、线性度不足、突变温度场下精度不足，使得检测的低频信号失真。光电传感器基于光学原理，通过比较发出光与接收光的强弱，测量被测物的位置或位移。对光接收装置要求高，需在被测物体表面安装强反光镜，增强反射光强度。但在实际应用中，机械设备的振动将导致反射镜片的脱落或损坏，严重影响传感器的使用寿命。并且光电传感器受灰尘影响，将导致测量低频振动时误差过大，严重影响测量结果的精确性。综上所述，电涡流传感器与光电传感器有低频振动检测的能力，但受外界环境与自身结构的影响，导致精度和灵敏度无法满足低频振动检测的要求。

光纤光栅加速度传感器以其不受电磁干扰、长距离传输、使用寿命长、分布式组网等优点被广泛用于航空航天、地铁隧道、桥梁结构、煤炭矿井等严酷环境的大型设备和工程在线健康监测中。基于悬臂梁的振动特性，悬臂梁的光纤光栅加速度传感器成为低频振动信号检测中最具发展前景的研究方向之一。光纤光栅加速度传感器的核心敏感组件为光纤光栅，利用光纤光栅对应变的感应，结合机械结构组成加速度、频率测量单元。阶梯型悬臂梁的光纤光栅加速度传感器通过改变悬臂梁结构的刚度与有效质量分布获得很好的灵敏度与低频响应，适用于机械装。

综上所述，针对现有技术中温度对光纤光栅波长的影响，环境温度的变化，导致光纤光栅振动、温度的交叉敏感，严重影响低频振动信号的准确性的难题，目前还没有一种很好的传感器在检测低频振动信号时，既能克服温度的影响，又能实现高精度振动信号测量。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的温度对测量结果产生影响的问题，提供了一种阶梯型悬臂梁的光纤光栅加速度传感器及其测量方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种阶梯型悬臂梁的光纤光栅加速度传感器，包括一光纤光栅、二光纤光栅、一等厚度梁、二等厚度梁、基座、质量块与阶梯型悬臂梁；

所述基座顶端与底端分别设置有一导纤槽与二导纤槽；

所述质量块顶端与底端分别设置有三导纤槽与四导纤槽；

所述一导纤槽与三导纤槽的底部位于同一水平面，所述二导纤槽与四导纤槽的底部位于同一水平面；