一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。包括支撐結(jié)構(gòu)(101)、彈性梁(102)、質(zhì)量塊(103)和以及帶2個(gè)光纖光柵(104)的光纖(105)，將帶有兩只光纖光柵(104)的光纖(105)通過(guò)膠點(diǎn)或焊點(diǎn)(106)張緊準(zhǔn)直安裝在支撐結(jié)構(gòu)(101)和質(zhì)量塊(103)上。其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，且支撐框架、彈性量和質(zhì)量塊為一體化結(jié)構(gòu)，具有可靠性高、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，并在降低工藝難度的同時(shí)，提高傳感器工作一致性；同時(shí)采用差動(dòng)測(cè)量方法，同一時(shí)刻兩只光纖光柵的拉應(yīng)力分別處于增加或減少狀態(tài)，兩只光纖光柵輸出相減，可有效消除熱影響，并使傳感器靈敏度相對(duì)于單只光纖光柵提高一倍；同時(shí)本發(fā)明還具有頻響高的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，以光纖光柵作為敏感器件，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感技術(shù)作為一門(mén)新興技術(shù)開(kāi)始發(fā)展，也是近年來(lái)異軍突起的一門(mén)新學(xué)科和新領(lǐng)域。由于光纖傳感器具有絕緣、抗電磁干擾、波分復(fù)用等突出優(yōu)點(diǎn)，成為特殊環(huán)境和大型工程結(jié)構(gòu)測(cè)量非常關(guān)注的傳感器。一般工程領(lǐng)域的加速度傳感器為壓電加速度傳感器，使用中對(duì)絕緣、電磁干擾問(wèn)題較為敏感，所用導(dǎo)線對(duì)于遠(yuǎn)距離測(cè)量也有比較明顯的限制，由于光纖傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)，使光纖式加速度傳感器成為近年來(lái)關(guān)注的技術(shù)熱點(diǎn)，其中光纖光柵加速度傳感器為其重要類別。現(xiàn)有光纖光柵加速度傳感器更多采取懸臂梁結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致傳感器結(jié)構(gòu)較大，頻率響應(yīng)較低。由于光纖光柵具有熱敏感特性，外界溫度的變化將對(duì)傳感器輸出造成影響，同時(shí)以往更多采用膠接或者螺釘連接方式構(gòu)成加速度傳感器的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，嚴(yán)重制約傳感器的可靠性和使用壽命的提高，影響在工程中的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)光纖加速度傳感器應(yīng)用過(guò)程中可靠性、熱穩(wěn)定性、頻響和靈敏度不足的問(wèn)題，提出一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，解決了可靠性提升和熱穩(wěn)定性改善問(wèn)題，拓寬了加速度頻響范圍和調(diào)高了靈敏度。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，包括支撐結(jié)構(gòu)(101)、彈性梁
(102)、質(zhì)量塊(103)和以及帶2個(gè)光纖光柵(104)的光纖(105)，將帶有兩只光纖光柵(104)的光纖(105)通過(guò)膠點(diǎn)或焊點(diǎn)(106)張緊準(zhǔn)直安裝在支撐結(jié)構(gòu)(101)和質(zhì)量塊(103)上。
[0006]所述光纖光柵加速度傳感器的敏感原理在于將被測(cè)加速度轉(zhuǎn)化為質(zhì)量塊(103)的動(dòng)態(tài)力，作用于光纖光柵(104)，使其張緊狀態(tài)發(fā)生變化，引起光纖光柵(104)反射波長(zhǎng)的改變，通過(guò)對(duì)反射波長(zhǎng)的檢測(cè)來(lái)感知加速度。
[0007]有益效果
[0008]對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
[0009]1、通過(guò)差動(dòng)方式，同一時(shí)刻兩只光纖光柵的拉應(yīng)力分別處于增加或減少狀態(tài)，兩只光纖光柵輸出相減，可有效消除熱影響，并使傳感器靈敏度相對(duì)于單只光纖光柵提高一倍；
[0010]2、通過(guò)一體化設(shè)計(jì)加工方式，使加速度傳感器的彈性梁、質(zhì)量塊和支撐結(jié)構(gòu)融為一體，避免連接帶來(lái)的影響，有效提高傳感器的可靠性、熱穩(wěn)定性和使用壽命，并在降低工藝難度的同時(shí)，提高傳感器工作一致性；
[0011 ] 3、將光纖光柵與質(zhì)量塊和支撐結(jié)構(gòu)通過(guò)張緊方式連接，并確保在工作范圍內(nèi)始終處于張緊狀態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)彈性梁剛度與質(zhì)量塊大小的方式，可調(diào)節(jié)加速度傳感器的頻響和靈敏度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，傳感關(guān)系簡(jiǎn)單，安裝工藝簡(jiǎn)便，可獲得較高頻率響應(yīng)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施形式傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是80Hz頻率下，該光纖光柵加速度傳感器的輸出波形示意圖；
[0014]圖3是120Hz頻率下，該光纖光柵加速度傳感器的輸出波形示意圖；
[0015]圖4是160Hz頻率下，該光纖光柵加速度傳感器的輸出波形示意圖；
[0016]圖5是200Hz頻率下，該光纖光柵加速度傳感器的輸出波形示意圖；
[0017]圖6是300Hz頻率下，該光纖光柵加速度傳感器的輸出波形示意圖；
[0018]附圖標(biāo)記:101-支撐結(jié)構(gòu)，102-彈性梁，103-質(zhì)量塊，104-光纖光柵，105-光纖，106-膠點(diǎn)或焊點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做以下詳細(xì)描述。
[0020]如圖1所示為一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，由圖中可以看出，其包括支撐結(jié)構(gòu)(101)、彈性梁(102)、質(zhì)量塊(103)和帶2個(gè)光纖光柵(104)的光纖(105);
[0021]連接方式:將帶有兩只光纖光柵(104)的光纖(105)張緊后，與支撐結(jié)構(gòu)(101)兩端和質(zhì)量塊(103)中點(diǎn)以膠點(diǎn)或焊點(diǎn)(106)固定連接，并使光纖(105)處于支撐結(jié)構(gòu)(1I)的中心軸線位置；
[0022]加速度測(cè)量原理:外界加速度使質(zhì)量塊(103)產(chǎn)生慣性力，在質(zhì)量塊(103)慣性力和彈性梁(102)恢復(fù)力的共同作用下，使兩只光纖光柵(104)的張緊狀態(tài)發(fā)生改變，將兩只光纖光柵(104)的輸出波長(zhǎng)相減，消除光纖光柵熱影響，得到與加速度對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)變化量，通過(guò)標(biāo)定，可反求加速度值。
[0023]作為優(yōu)選，所述支撐結(jié)構(gòu)(101)、彈性梁(102)和質(zhì)量塊(103)為由一塊彈性材料經(jīng)過(guò)一體化設(shè)計(jì)挖空加工制成。
[0024]作為優(yōu)選，所述光纖光柵(104)通過(guò)相位掩膜法刻制在光纖(105)上。
[0025]作為優(yōu)選，所述兩只光纖光柵(104)制備在一根光纖(105)上。
[0026]作為優(yōu)選，為保證光纖光柵(104)與彈性梁(102)垂直，并處于其中心位置，在加速度傳感器支撐結(jié)構(gòu)(101)及質(zhì)量塊(103)上設(shè)有準(zhǔn)直凹槽。
[0027]本發(fā)明的特征在于:所述光纖光柵加速度傳感器的敏感器件為光纖光柵(104)，并且兩只光纖光柵(104)對(duì)稱于質(zhì)量塊(103)和彈性梁(102)安裝在傳感器支撐框架(101)和質(zhì)量塊(103)上，形成差動(dòng)式加速度敏感結(jié)構(gòu)。
[0028]試驗(yàn)結(jié)果
[0029]使用本發(fā)明提出的一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器在80Hz、120Hz、160Hz、200Hz、300Hz頻率下，進(jìn)行了試驗(yàn)，波形曲線如圖2至圖6所示，橫坐標(biāo)為時(shí)間數(shù)據(jù)點(diǎn)，縱坐標(biāo)為傳感器輸出波長(zhǎng)，從圖中可以看出，在各頻率下都能輸出光滑的正弦波形，說(shuō)明該種結(jié)構(gòu)光纖光柵加速度傳感器可在此頻段有效工作。
[0030]以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范o (ττ?
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，其特征在于:包括支撐結(jié)構(gòu)(101)、彈性梁(102)、質(zhì)量塊(103)和以及帶2個(gè)光纖光柵(104)的光纖(105)，將帶有兩只光纖光柵(104)的光纖(105)通過(guò)膠點(diǎn)或焊點(diǎn)(106)張緊準(zhǔn)直安裝在支撐結(jié)構(gòu)(101)和質(zhì)量塊(103)上。 對(duì)彈性材料經(jīng)過(guò)一體化設(shè)計(jì)加工制成加速度傳感器的支撐框架(101)、彈性梁(102)和質(zhì)量塊(103)，以帶有兩只光纖光柵(104)的光纖(105)作為敏感器件，經(jīng)膠點(diǎn)或焊點(diǎn)(106)張緊安裝在支撐框架(101)和質(zhì)量塊(103)上，形成差動(dòng)式光纖光柵加速度傳感器。其特征在于:一體化設(shè)計(jì)加工加速度傳感器的支撐框架(101)、彈性梁(102)和質(zhì)量塊(103)，采用帶有兩只光纖光柵(104)的光纖(105)作為敏感器件，并通過(guò)膠點(diǎn)或焊點(diǎn)張緊安裝在質(zhì)量塊(103)和支撐框架(101)上，形成差動(dòng)式加速度傳感形式。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，其特征在于，傳感器支撐框架(101)、彈性梁(102)和質(zhì)量塊(103)通過(guò)一體化設(shè)計(jì)挖空加工制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，其特征在于，所述光纖光柵(104)通過(guò)相位掩膜法刻制在光纖(105)上，并且兩只光纖光柵(104)制備在一根光纖(I 05)上。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種一體化差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器，其特征在于，為保證光纖光柵(104)與彈性梁(102)垂直，并處于其中心位置，在加速度傳感器支撐結(jié)構(gòu)(101)及質(zhì)量塊(103)上設(shè)有準(zhǔn)直凹槽。
【文檔編號(hào)】G01P15/03GK105842479SQ201610391377
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】薛景鋒, 劉春紅, 張毅翔
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所