[发明专利]基于加速度传感器获取加速度信号的方法、加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及加速度传感技术领域，尤其涉及一种基于加速度传感器获取加速度信号的方法、加速度传感器。

背景技术

加速度传感器将外界的加速度信息转化为更易测量的电信号信息和光信号信息，广泛的应用于地质勘探，石油开采，大型建筑健康状况监测，交通状况监测等领域，是一类与日程生活和工业生产息息相关的传感器。

传统加速度传感器主要采用电基结构，例如压电效应等，除灵敏度较低等缺点外，其在极端环境中(例如高温高压环境等)的生存能力较差。与传统压电传感器相比，光纤加速度传感器具有高灵敏度，高动态范围，极端环境生存能力强以及抗电磁干扰能力强等优点，是近年来比较受欢迎的一种加速度传感器。

光纤加速度传感器一般基于干涉仪原理，将外界加速度信息转化为光的相位信息，配合高精度相位解调方法实现高灵敏度加速度信息解调。常用的传感器有基于双顺变柱体的推挽式加速度传感器，盘式加速度传感器。

推挽式传感器可实现高达10⁴rad/g的加速度灵敏度，但其带宽一般较窄，上限为400Hz，此外由于顺变柱体中常用的橡胶等材料的稳定性差，传感器的寿命受到大大影响；盘式传感器的带宽一般很宽，其上限可达2500Hz，但灵敏度一般小于40rad/g(参考Moro E A,Todd M D,Puckett A.A performance comparison of transducer designs for interferometric fiber optic accelerometers[C]//SPIE Smart Structures and Materials+Nondestructive Evaluation and Health Monitoring.International Society for Optics and Photonics,2010:76480G-76480G-12.)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，如何提供一种新的基于弹性筒的光纤加速度传感器结构，以在保证100rad/g的高灵敏度前提下，大幅度提高传感器的带宽的关键问题。

为此目的，本发明提出了一种基于加速度传感器获取加速度信号的方法，包括具体以下步骤：

S1：激光通过端口输入耦合器中，并将所述激光分为等光强的两束光；

S2：所述等光强的两束光分别进入参考光纤与传感光纤；

S3：当传感器所处的加速度环境发生变化时，加速度信号转化为质量块的振动；

S4：所述质量块的振动使弹性筒的压缩状态产生改变，以及使传感光纤发生形变，其中，所述传感光纤与所述参考光纤之间存在相位差；

S5：通过相位测量电路获取相位差信息，并通过分析所述相位差的变化获取加速度信号。

进一步地，所述传感光纤与所述参考光纤之间的相位差根据所述传感器光纤的形变产生变化。

为此目的，本发明还提出了一种加速度传感器，包括：质量块、芯轴、弹性筒、参考光纤、传感光纤、匹配光纤、反射单元、紧固螺丝、压环以及耦合器；

其中，所述质量块套在与底座相连的所述芯轴上；所述弹性筒，用于提供主要恢复力，其中，所述弹性筒为柱形结构，位于所述质量块与所述底座之间；所述参考光纤缠绕在所述压环上，其中，所述压环通过所述紧固螺丝与所述芯轴相连；所述压环，用于固定传感器高度，并向所述质量块提供预设值压力；所述耦合器固定在所述芯轴内部的通孔中；所述反射单元固定在所述底座底部与所述压环底部。

进一步地，所述传感光纤包括：实际传感部分与长度匹配部分，其中，所述实际传感部分缠绕在所述弹性筒上，所述长度匹配部分缠绕在所述底座上。

进一步地，所述长度匹配部分，用于匹配两个反射光之间的时间延迟关系，其中所述两个反射光为通过端口输入所述耦合器中的激光被分为所述等光强的两束光。

进一步地，所述弹性筒的材料为塑料材料、金属材料或其他耐高温材料。

进一步地，所述反射单元采用法拉第旋镜、光纤布拉格光栅和/或光纤末端镀膜。