，光纖光柵加速度傳感器的靈 敏度就越大，因此，矩形切口在本實(shí)用新型中起到增敏的作用。
[0052] 實(shí)施例2
[0053] 在本實(shí)施例中，柔性鉸鏈的上凹槽10的矩形切口高度為7mm，下凹槽12的矩形 切口高度為3mm，薄壁厚度t為1mm，厚壁厚度h為17mm，柔性鉸鏈其他尺寸與實(shí)施例1相 同。其他零部件以及零部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)驗(yàn)測(cè)得該傳感器的諧振頻率為 790Hz，波長(zhǎng)靈敏度為24pm/g。
[0054] 實(shí)施例3
[0055] 在本實(shí)施例中，柔性鉸鏈薄壁厚度t為0. 3mm，厚壁厚度h為16. 3mm，柔性鉸鏈其 他尺寸與實(shí)施例1相同。其他零部件以及零部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1相同。實(shí)驗(yàn)測(cè)得該 傳感器的諧振頻率為290Hz，波長(zhǎng)靈敏度為162pm/g。
[0056] 實(shí)施例4
[0057] 在本實(shí)施例中，柔性鉸鏈薄壁厚度t為0. 3mm，厚壁厚度h為16. 3mm，柔性鉸鏈的 上凹槽10和下凹槽12切口形狀上面均為矩形加半圓形，上凹槽10和下凹槽12矩形切口 高度均為4_，半圓形切口半徑均為6_。其他零部件以及零部件的連接關(guān)系與實(shí)施例1相 同。
[0058] 為了驗(yàn)證本實(shí)用新型的有益效果，實(shí)用新型人采用實(shí)施例1制備的基于柔性鉸鏈 的光纖光柵三維加速度傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)情況如下：
[0059] 實(shí)驗(yàn)儀器：振動(dòng)臺(tái)，型號(hào)為BK-4808,分析儀，型號(hào)為BK-3160,功率放大器，型號(hào)為 BK-2719,由丹麥BK公司生產(chǎn)；光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)儀，型號(hào)為TGJ220J(A)，山東微感光電子 有限公司生產(chǎn)；波長(zhǎng)計(jì)，型號(hào)為Agilent86122A，由美國(guó)安捷倫科技公司生產(chǎn)；寬帶光源，型 號(hào)為ASE-C-G，由深圳市浩源光電科技有限公司生產(chǎn)；C波段光纖環(huán)形器，由深圳市智源光 通訊技術(shù)有限公司生產(chǎn)。
[0060] 1、頻譜分析實(shí)驗(yàn)
[0061] 首先測(cè)試本實(shí)用新型X軸方向的頻率響應(yīng)特性，將本實(shí)用新型按照X軸敏感軸和 振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向一致的方向安裝在振動(dòng)臺(tái)上，將標(biāo)準(zhǔn)電荷加速度傳感器（型號(hào)為4371) 采用螺母固定在振動(dòng)臺(tái)上，光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)儀輸出的模擬信號(hào)接到振動(dòng)系統(tǒng)的頻譜分析 儀上，輸入激勵(lì)為正弦波，經(jīng)功率放大器放大后加載到振動(dòng)臺(tái)上：
[0062] 首先用標(biāo)準(zhǔn)電荷加速度傳感器校準(zhǔn)本實(shí)用新型，即固定正弦波的頻率為80Hz，改 變頻譜分析儀被測(cè)傳感器（本實(shí)用新型）靈敏度的值，使被測(cè)傳感器（本實(shí)用新型）的輸 出加速度與標(biāo)準(zhǔn)電荷加速度傳感器的值一致，這個(gè)靈敏度即為本實(shí)用新型的電壓靈敏度， 為910mV/m/ S2@80Hz，然后采用逐步增加頻率法，頻率由5Hz上升至500Hz，獲得本實(shí)用新型 加速度值和4371加速度值，通過(guò)求取二者比值得到歸一化值即可獲得本實(shí)用新型的頻率 響應(yīng)曲線。
[0063] 在諧振頻率處，頻率取值間隔較小，以獲得準(zhǔn)確的諧振頻率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。用 Excel軟件進(jìn)行擬合表1中數(shù)據(jù)，擬合圖見圖3,由圖3可得0-260HZ為幅值平坦區(qū)域， 260Hz-500Hz為共振區(qū)，500Hz以后為衰減區(qū)，故本實(shí)用新型的頻率響應(yīng)范圍為0-260HZ。
[0064] 測(cè)試本實(shí)用新型Y軸方向的頻率響應(yīng)特性，將本實(shí)用新型按照Y軸敏感軸和振動(dòng) 臺(tái)的振動(dòng)方向一致的方向安裝在振動(dòng)臺(tái)上，具體測(cè)試方法與X軸方向頻率響應(yīng)測(cè)試方法相 同，測(cè)得的Y軸方向的頻率響應(yīng)曲線見圖4。
[0065] 測(cè)試本實(shí)用新型Z軸方向的頻率響應(yīng)特性，將本實(shí)用新型按照Z(yǔ)軸敏感軸和振動(dòng) 臺(tái)的振動(dòng)方向一致的方向安裝在振動(dòng)臺(tái)上，具體測(cè)試方法與X軸方向頻率響應(yīng)測(cè)試方法相 同，測(cè)得的Z軸方向的頻率響應(yīng)曲線見圖5。
[0066] 由圖3-圖5可知，本實(shí)用新型三個(gè)敏感軸方向的加速度頻響基本一致。
[0067] 表1本實(shí)用新型和4371加速度傳感器的加速度值隨頻率變化情況 [0068]

[0070] 2、本實(shí)用新型波長(zhǎng)靈敏度實(shí)驗(yàn)
[0071] 將本實(shí)用新型X軸方向與重力加速度方向一致放置，然后連接光纖環(huán)形器的藍(lán) 端，光纖環(huán)形器的紅端連接寬帶光源，白端接波長(zhǎng)計(jì)。通過(guò)波長(zhǎng)計(jì)可獲得光纖光柵的中心波 長(zhǎng)為1550. 240nm，將本實(shí)用新型X方向與重力加速度方向相反放置，可獲得光纖光柵的中 心波長(zhǎng)為1550. llOnm，這兩個(gè)波長(zhǎng)之差即為光纖光柵傳感器受兩個(gè)重力加速度時(shí)改變的波 長(zhǎng)，因此本實(shí)用新型X方向光纖光柵加速度傳感器的波長(zhǎng)靈敏度為65pm/g。
[0072] 本實(shí)用新型Y方向和Z方向的光纖光柵加速度傳感器的波長(zhǎng)靈敏度測(cè)試方法與X 軸方向測(cè)試方法相同，波長(zhǎng)靈敏分別為65. 2pm/g和64. 6pm/g。
[0073] 3、本實(shí)用新型線性度分析實(shí)驗(yàn)
[0074] 首先測(cè)試本實(shí)用新型X軸方向的傳感器的線性度特性，將本實(shí)用新型按照X軸敏 感軸和振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向一致的方向安裝在振動(dòng)臺(tái)上，將標(biāo)準(zhǔn)電荷加速度傳感器（型號(hào)為 4371)采用螺母固定在振動(dòng)臺(tái)上，光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)儀輸出的模擬信號(hào)接到振動(dòng)系統(tǒng)的頻 譜分析儀上，輸入激勵(lì)為正弦波，經(jīng)功率放大器放大后加載到振動(dòng)臺(tái)上：
[0075] 首先用標(biāo)準(zhǔn)電荷加速度傳感器校準(zhǔn)本實(shí)用新型，即固定正弦波的頻率為80Hz，加 速度值為60mm/s 2,改變頻譜分析儀被測(cè)傳感器（本實(shí)用新型）靈敏度的值，使被測(cè)傳感器 (本實(shí)用新型）的輸出加速度與標(biāo)準(zhǔn)電荷加速度傳感器的值一致，這個(gè)靈敏度即為本實(shí)用 新型的電壓靈敏度，為910mV/m/S2@80Hz，固定正弦波的頻率為240Hz，然后采用逐步增加加 速度法，加速度由l〇mm/s 2升至200mm/s2。
[0076] 記錄4371和本實(shí)用新型X方向傳感器的加速度值，見表2,用Excel軟件進(jìn)行擬 合，表2中數(shù)據(jù)的線性擬合圖見圖6,圖6的擬合直線的斜率為1. 2158,相關(guān)系數(shù)為0. 9991。
[0077] 表2型號(hào)為4371的加速度傳感器和本實(shí)用新型的加速度傳感器X方向傳感器的 加速度值
[0079] 測(cè)試本實(shí)用新型Y軸方向的傳感器的線性度特性，將本實(shí)用新型按照Y軸敏感軸 和振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向一致的方向安裝在振動(dòng)臺(tái)上，具體測(cè)試方法與X軸方向傳感器的線性 度測(cè)試方法相同，測(cè)得的Y軸方向的傳感器的線性度曲線見圖7。
[0080] 測(cè)試本實(shí)用新型Z軸方向的傳感器的線性度特性，將本實(shí)用新型按照Z(yǔ)軸敏感軸 和振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)方向一致的方向安裝在振動(dòng)臺(tái)上，具體測(cè)試方法與X軸方向傳感器的線性 度測(cè)試方法相同，測(cè)得的Z軸方向的傳感器的線性度曲線見圖8。由圖6-圖8可知，本實(shí)用 新型三個(gè)敏感軸方向的傳感器的線性度特性基本一致。
[0081] 當(dāng)輸入的正弦波加速度為200mm/s2,頻率為240Hz時(shí)，本實(shí)用新型的三個(gè)方向的輸 出響應(yīng)見圖9-圖11，由圖可知本實(shí)用新型的輸出響應(yīng)為正弦波，輸出頻率為240Hz，與輸入 頻率一致。
[0082] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新 型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng) 域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于柔性鉸鏈的光纖光柵三維加速度傳感器，其特征在于，包括： 殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置有L形基座和三個(gè)單軸柔性鉸鏈，其中兩個(gè)單軸柔性鉸鏈固定于 L形基座的長(zhǎng)臂上，另一個(gè)單軸柔性鉸鏈固定于L形基座的短臂上，三個(gè)單軸柔性鉸鏈的敏 感軸均互相垂直； 每個(gè)所述單軸柔性鉸鏈的一端均為固定端，其固定在L形基座上，另一端均為自由端； 每個(gè)所述單軸柔性鉸鏈垂直于敏感軸方向的上表面開設(shè)有光纖溝槽，光纖溝槽內(nèi)固定有光 纖；每個(gè)所述單軸柔性鉸鏈的固定端和自由端之間的上表面和下表面均開設(shè)有凹槽，凹槽 內(nèi)設(shè)有光纖布拉格光柵；每個(gè)所述單軸柔性鉸鏈的凹槽包括兩個(gè)對(duì)稱的矩形切口及與其連 接的半橢圓形切口。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于柔性鉸鏈的光纖光柵三維加速度傳感器，其特征在 于，每個(gè)所述單軸柔性鉸鏈的特征參數(shù)一致。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于柔性鉸鏈的光纖光柵三維加速度傳感器，其特征在 于，所述光纖布拉格光柵柵區(qū)長(zhǎng)度小于8mm，光纖光柵中心波長(zhǎng)為1530-1560nm。4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于柔性鉸鏈的光纖光柵三維加速度傳感器，其特征在 于，所述光纖外設(shè)有傳感器外殼。5. 如權(quán)利要求1或2所述的一種基于柔性鉸鏈的光纖光柵三維加速度傳感器，其特征 在于，所述單軸柔性鉸鏈的薄壁厚度在〇. 2-lmm之間。6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于柔性鉸鏈的光纖光柵三維加速度傳感器，其特征在 于，每個(gè)所述單軸柔性鉸鏈的自由端在振源激勵(lì)作用下圍繞各自單軸柔性鉸鏈微幅振動(dòng)， 促使布拉格光柵兩端拉伸運(yùn)動(dòng)。7. 如權(quán)利要求1所述的一種基于柔性鉸鏈的光纖光柵三維加速度傳感器，其特征在 于，所述殼體為中空的立方體。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于柔性鉸鏈的光纖光柵三維加速度傳感器，包括殼體，在殼體內(nèi)設(shè)置有L形基座和三個(gè)單軸柔性鉸鏈，其中兩個(gè)單軸柔性鉸鏈固定于L形基座的長(zhǎng)臂上，另一個(gè)單軸柔性鉸鏈固定于L形基座的短臂上，三個(gè)單軸柔性鉸鏈的敏感軸均互相垂直；每個(gè)所述單軸柔性鉸鏈的一端均為固定端，其固定在L形基座上，另一端均為自由端；每個(gè)所述單軸柔性鉸鏈垂直于敏感軸方向的上表面開設(shè)有光纖溝槽，光纖溝槽內(nèi)固定有光纖；每個(gè)單軸柔性鉸鏈的固定端和自由端之間的上表面和下表面均開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有光纖布拉格光柵；每個(gè)單軸柔性鉸鏈的凹槽包括兩個(gè)對(duì)稱的矩形切口及與其連接的半橢圓形切口。本實(shí)用新型靈敏度高，實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向加速度的測(cè)量。
【IPC分類】G01P15/18, G01P15/03
【公開號(hào)】CN204964549
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520793647
【發(fā)明人】王金玉, 胡賓鑫, 宋廣東, 劉統(tǒng)玉
【申請(qǐng)人】山東省科學(xué)院激光研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月14日