一種溫度自動補償的強度解調型啁啾光纖光柵加速度計制造技術

本實用新型專利技術涉及一種溫度自動補償的強度解調型啁啾光纖光柵加速度計。現有的加速度計需要額外的溫度補償裝置。本實用新型專利技術針包括基座、懸臂梁、質量塊、啁啾光纖光柵和箱體。箱體為中空的長方體結構，箱體內側壁靠近底部的位置開有光纖出口，箱體的內側壁居中位置上設置有基座，懸臂梁一端與基座垂直設置，另一端與質量塊固定設置。懸臂梁橫截面呈直角梯形，懸臂梁的中性面傾斜設置啁啾光纖光柵，啁啾光纖光柵的末端與光纖連接，光纖穿過光纖出口密封設置，箱體內填充有阻尼液。本實用新型專利技術采用光纖光柵進行溫度自補償，以達到加速度計對溫度不敏感的效果。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于光纖傳感
，具體涉及一種溫度自動補償的強度解調型啁啾光纖光柵加速度計。
技術介紹
光纖傳感器與傳統的傳感器相比，光纖傳感器具有獨特的優點靈敏度高、重量 輕、體積小、抗電磁干擾、耐腐蝕、本質安全。由于光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而光纖 又是電絕緣、耐腐蝕的傳輸媒質，這使它可以方便有效地用于各種大型機電、石油化工、礦 井等強電磁干擾和易燃易爆等惡劣環境中。鑒于光纖光柵傳感器的如上優勢，光纖光柵加 速度計的應用范圍很廣，幾乎涉及國民經濟的所有重要領域和人們的日常生活，尤其可以 安全有效地在惡劣環境中使用，解決了許多行業多年來一直存在的技術難題，具有很大的 市場需求。 在之前已經報道的幾種光纖光柵加速度中，大多數采用懸臂梁結構作為光纖光柵 承載裝置。當懸臂梁自由端發生振動時，應變會隨著振動傳遞到光纖光柵上，從而改變光纖 光柵的反射峰的位置。雖然這幾種加速度計的靈敏度不錯，但是需要額外的溫度補償裝置， 而且加速度的測量范圍有限。在實際工程應用中，使用光纖光柵加速度計進行測量時，溫度 補償十分重要。而傳統的溫度補償方法是在一個通道里配備一個溫度補償傳感器，用它來 對一個通道中多達數十個的傳感器進行溫度補償，實際中這數十個傳感器相距很遠，并不 在同一個溫度場里，所以對溫度的補償效果并不理想。要做到合理準確又有效的溫度補償， 最好是通過傳感器的溫度自補償來實現。
技術實現思路
本技術針對現有技術的不足，提供了一種適用于實際應用，具有較寬工作范 圍，并且能減少儀器非線性因素影響的高靈敏度強度解調型溫度不敏感的光纖光柵加速度 計。 本技術包括基座、懸臂梁、啁啾光纖光柵、質量塊、光纖和箱體。箱體為中空的 長方體結構，在箱體的一個側壁靠近底部的位置開有光纖出口。基座固定設置在箱體的一 個內側壁居中位置上，懸臂梁的一端與基座固定連接，另一端與質量塊固定連接。懸臂梁為 柱體，其頂面和底面均為平行于箱體底面的直角梯形。啁啾光纖光柵附著在懸臂梁的中性 面上，啁啾光纖光柵的始端設置在懸臂梁的頂面與中性面的交匯處、末端設置在懸臂梁的 底面與中性面的交匯處，啁啾光纖光柵的傾斜角a為3 45度，啁啾光纖光柵的末端與光 纖的一端連接，光纖穿過光纖出口，光纖出口密封設置。箱體內填充有阻尼液。 本技術采用一根光纖光柵進行溫度自補償，以達到加速度計對溫度不敏感的 效果；利用直角梯形懸臂梁結構，將加速度轉化成光纖光柵的反射譜的展寬，利用高反射率 的FBG達到強度解調的目的，成功解決了波長解調成本高的弊端。本技術中箱體內充 滿阻尼液防止加速度傳感器在工作時因為振幅過大而導致的傳感器部件損壞，延長傳感器3的使用壽命。附圖說明圖1為本技術的的側視圖； 圖2為本技術的的俯視圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術進一步描述。 如圖1和圖2所示， 一種溫度自動補償的強度解調型啁啾光纖光柵加速度計包括 基座1、懸臂梁2、啁啾光纖光柵3、質量塊4、光纖5和箱體6。箱體6為中空的長方體結構， 在箱體6的一個側壁靠近底部的位置開有光纖出口 7。基座1固定設置在箱體6的一個內 側壁居中位置上，懸臂梁2的一端與基座1固定連接，另一端與質量塊4固定連接。質量塊 4的材料為鐵，質量為100g。懸臂梁2為有機玻璃的柱體，其頂面和底面均為平行于箱體6 底面的直角梯形，懸臂梁2的長度L為16. 5cm，與基座1固定端的寬度d為3. 0cm，高度h 為0. 5cm。啁啾光纖光柵3附著在懸臂梁的中性面上(中性面為懸臂梁的與箱體6內側壁 平行的側面)。啁啾光纖光柵3的始端設置在懸臂梁2的頂面與中性面的交匯處、末端設置 在懸臂梁2的底面與中性面的交匯處，啁啾光纖光柵3的傾斜角a (啁啾光纖光柵3與懸 臂梁2底面的夾角)為3 45度，啁啾光纖光柵3的初始反射帶寬范圍為1541 1559nm， 反射率為30dB，啁啾光纖光柵3的末端與光纖5的一端連接，光纖5穿過光纖出口 7，光纖 出口7密封設置。箱體內填充有阻尼液。將箱體安裝在振動源上，通過測量光纖輸出的光 強，就可得到振動源的振動加速度及頻率。 實施例中由于懸臂梁的剛度和質量塊的質量將對加速度計的靈敏度和自振頻率 產生顯著的影響，故可以通過改變懸臂梁的材料及結構參數和調節質量塊的質量來改變加 速度計的靈敏度和自振頻率。箱體中的阻尼液有緩沖的作用，保護大幅振動中的加速度計 免受破壞，增加其頻率響應范圍。阻尼液一般采用硅油。 本實施例利用直角梯形懸臂梁和質量塊組成的彈簧_質量系統作為加速度計的 主要結構，將啁啾光纖光柵傾斜粘貼在懸臂梁的側面，且傾斜角a為3 45度。當箱體 在豎直方向上存在振動加速度時，懸臂梁自由端上的質量塊受外界力影響產生豎直方向位 移，導致懸臂梁彎曲產生形變，如果位移向下梁向下彎曲，則光纖光柵在梁中性面以上的部 分受到拉伸應變，而中性面以下的部分受到壓縮應變，在中性面上無應變。在不同的厚度層 上產生的應變呈梯度分布，可引起光纖光柵啁啾率的變化，表現為光纖光柵反射帶寬的變 化。而且箱體的振動加速度越大，懸臂梁的曲率越大，光纖光柵的啁啾率的改變越大，反射 帶寬的變化就越大。在采用長度較長(大于5cm)、起始反射率較高(大于99. 9%或30dB) 的光纖啁啾光柵情況下，其反射率在帶寬增大和減小兩種情況下的變化都很小，能維持在 99%以上，從而實現加速度計光強度解調。 本實施例中，使啁啾光纖光柵的中點固定在懸臂梁側面的中性面上，則懸臂梁因 外界振動加速度彎曲時，其反射譜變化是對稱的，在外界溫度不改變的前提下中心波長保 持不變。反射譜帶寬A入。與箱體的振動加速度a成線性關系，艮卩 A A r = A2Xa 式中，4 = 6C(l-pe) "。LgLmsin(2 9 )/Eb。h3，其中C為懸臂梁和光纖光柵的應變傳 遞系數，Pe為光纖光柵的光彈系數，A B。為中心波長，Lg為啁啾光纖光柵的長度，L為懸臂梁 的長度，m為質量塊的質量，e為光纖光柵和中性面的夾角，E為懸臂梁材料的楊氏模量，b。 為懸臂梁固定端的寬度，h為懸臂梁的厚度。以上各系數皆為已知或可通過測量得到，只要 改變箱體的振動加速度a，就可以線性改變光纖光柵反射譜帶寬A A。。外界溫度僅僅改變 光纖光柵中心波長的漂移，而不會對反射帶寬產生影響。當光纖光柵的具有高反射率時，反 射光功率在一定范圍內隨反射帶寬線性變化，通過測量反射光強便可得到振動加速度的大 小。權利要求一種溫度自動補償的強度解調型啁啾光纖光柵加速度計，包括基座、懸臂梁、啁啾光纖光柵、質量塊、光纖和箱體，其特征在于所述的箱體為中空的長方體結構，在箱體的一個側壁靠近底部的位置開有光纖出口；基座固定設置在箱體的一個內側壁居中位置上，懸臂梁的一端與基座固定連接，另一端與質量塊固定連接；所述的懸臂梁為柱體，其頂面和底面均為平行于箱體底面的直角梯形；啁啾光纖光柵附著在懸臂梁的中性面上，啁啾光纖光柵的始端設置在懸臂梁的頂面與中性面的交匯處、末端設置在懸臂梁的底面與中性面的交匯處，啁啾光纖光柵的傾斜角α為3～45度，啁啾光纖光柵的末端與光纖的一端連接，光纖穿過光纖出口，光纖出口密封設置；箱體內填充有阻尼液。專利摘要本技術涉及一種溫度自動補償的強度解調型啁啾光纖光本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種溫度自動補償的強度解調型啁啾光纖光柵加速度計，包括基座、懸臂梁、啁啾光纖光柵、質量塊、光纖和箱體，其特征在于：所述的箱體為中空的長方體結構，在箱體的一個側壁靠近底部的位置開有光纖出口；基座固定設置在箱體的一個內側壁居中位置上，懸臂梁的一端與基座固定連接，另一端與質量塊固定連接；所述的懸臂梁為柱體，其頂面和底面均為平行于箱體底面的直角梯形；啁啾光纖光柵附著在懸臂梁的中性面上，啁啾光纖光柵的始端設置在懸臂梁的頂面與中性面的交匯處、末端設置在懸臂梁的底面與中性面的交匯處，啁啾光纖光柵的傾斜角α為３～４５度，啁啾光纖光柵的末端與光纖的一端連接，光纖穿過光纖出口，光纖出口密封設置；箱體內填充有阻尼液。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：董新永，李嵐，周文俊，趙春柳，
申請(專利權)人：中國計量學院，
類型：實用新型
國別省市：86[中國|杭州]