專利名稱：基于可控屈曲結(jié)構(gòu)的光纖光柵大量程加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖光柵應(yīng)變式加速度傳感器，具體涉及一種能測(cè)量大量程加速度的基于可控屈曲結(jié)構(gòu)的光纖光柵大量程加速度傳感器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電類加速度傳感器已經(jīng)具有完備的技術(shù)及產(chǎn)品，但是在一些惡劣的環(huán)境中，如易燃易爆、強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕環(huán)境，以及一些需要遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)、多點(diǎn)監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合，其應(yīng)用通常受到限制。光纖光柵加速度傳感器相比于傳統(tǒng)加速度傳感器，具有體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾、抗腐蝕能力強(qiáng)、能在惡劣的環(huán)境下工作，并且可以構(gòu)建準(zhǔn)分布式的傳感網(wǎng)絡(luò)。但由于光纖光柵檢測(cè)應(yīng)變測(cè)量范圍較窄，通常只有士5000με，使得光纖光柵應(yīng)變式加速度傳感器的量程較小，限制了這種傳感器的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中光纖光柵加速度傳感器量程小的問(wèn)題而提供一種基于可控屈曲結(jié)構(gòu)的光纖光柵大量程加速度傳感器。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是
本發(fā)明的基于可控屈曲結(jié)構(gòu)的光纖光柵大量程加速度傳感器，包括設(shè)置在圓柱體外殼內(nèi)的兩個(gè)可控屈曲結(jié)構(gòu)；兩個(gè)可控屈曲結(jié)構(gòu)中間通過(guò)質(zhì)量塊連接，可控屈曲結(jié)構(gòu)的橫梁上設(shè)置有光纖光柵，兩根光纖光柵通過(guò)光纖連接，光纖又與圓柱體外殼外部的光纖接頭連接， 傳輸光信號(hào)。所述的可控屈曲結(jié)構(gòu)與設(shè)置在可控屈曲結(jié)構(gòu)上的光纖光柵構(gòu)成光纖光柵大量程應(yīng)變傳感器，兩個(gè)光纖光柵大量程應(yīng)變傳感器以對(duì)稱位置與質(zhì)量塊連接。所述的可控屈曲結(jié)構(gòu)由銅材料制成，包括橫梁和橫梁兩側(cè)的結(jié)構(gòu)臂。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是
本發(fā)明的基于可控屈曲結(jié)構(gòu)的光纖光柵大量程加速度傳感器，通過(guò)可控屈曲結(jié)構(gòu)的應(yīng)變傳遞特性，將大應(yīng)變轉(zhuǎn)換為小應(yīng)變，擴(kuò)充光纖光柵的應(yīng)變量程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大量程光纖光柵加速度測(cè)量；且除可以實(shí)現(xiàn)大量程的光纖光柵加速度測(cè)量外，還可消除溫度的交叉敏感，提高測(cè)量靈敏度。


圖1是可控屈曲結(jié)構(gòu)的應(yīng)變傳遞原理圖； 圖2是可控屈曲結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型圖3是本發(fā)明的光纖光柵大量程加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中主要部件符號(hào)說(shuō)明
1:光纖接頭2:可控屈曲結(jié)構(gòu)
3:質(zhì)量塊4:圓柱體外殼5 光纖光柵6 光纖
7:橫梁8:結(jié)構(gòu)臂。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。圖1顯示了可控屈曲結(jié)構(gòu)的應(yīng)變傳遞原理，可控屈曲結(jié)構(gòu)是借鑒結(jié)構(gòu)工程中的思想，依靠結(jié)構(gòu)本身的儲(chǔ)能來(lái)耗散外部的能量，實(shí)現(xiàn)外部大應(yīng)變到自身小應(yīng)變的轉(zhuǎn)換，可控屈曲結(jié)構(gòu)將被測(cè)的應(yīng)變?chǔ)纽洲D(zhuǎn)化為ε y，然后傳遞給光纖光柵，進(jìn)而擴(kuò)大光纖光柵的量程，應(yīng)變
傳遞關(guān)系 =/(A)對(duì)系統(tǒng)的傳感
特性具有重要影響，不同的可控屈曲結(jié)構(gòu)具有不同的應(yīng)變傳遞關(guān)系。圖2是根據(jù)圖1所示的原理，設(shè)計(jì)的一種可控屈曲結(jié)構(gòu)，由銅材料制成?？煽厍Y(jié)構(gòu)2由橫梁7和橫梁兩側(cè)的結(jié)構(gòu)臂8組成，調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸能實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)變量程。圖3是本發(fā)明的光纖光柵大量程加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，光纖光柵5分別粘貼在兩個(gè)可控屈曲結(jié)構(gòu)2的橫梁7上，中間通過(guò)質(zhì)量塊3連接，質(zhì)量塊3的質(zhì)量決定了加速度傳感器的動(dòng)態(tài)性能。兩根光纖光柵5之間通過(guò)光纖6連接，并與圓柱體外殼4外部的光纖接頭1相連，用于光信號(hào)的傳輸。本發(fā)明的光纖光柵大量程加速度傳感器根據(jù)空間結(jié)構(gòu)依靠本身的儲(chǔ)能來(lái)耗散外部能量，自身發(fā)生彈塑性變形，實(shí)現(xiàn)外部大應(yīng)變到自身小應(yīng)變轉(zhuǎn)換的原理，制作梯形可控屈曲結(jié)構(gòu)。將光纖光柵5粘貼于可控屈曲結(jié)構(gòu)2的橫梁表面上，構(gòu)造光纖光柵大量程應(yīng)變傳感器，量程可達(dá)ΙΟΟΟΟΟμ ε。將光纖光柵大量程應(yīng)變傳感器與一質(zhì)量塊3相連接， 并封裝在圓柱體外殼4內(nèi)，制成大量程的光纖光柵加速度傳感器。為了消除溫度對(duì)加速度傳感器測(cè)量的影響，將兩個(gè)光纖光柵大量程應(yīng)變傳感器以對(duì)稱位置與質(zhì)量塊3相連接，當(dāng)測(cè)量時(shí)，一個(gè)光纖光柵大量程應(yīng)變傳感器感受拉應(yīng)變，一個(gè)光纖光柵大量程應(yīng)變傳感器感受壓應(yīng)變， 故通過(guò)將兩光纖光柵測(cè)量結(jié)果進(jìn)行加法運(yùn)算能消除溫度的交叉敏感，同時(shí)能使加速度測(cè)量靈敏度增加一倍。
權(quán)利要求
1.一種基于可控屈曲結(jié)構(gòu)的光纖光柵大量程加速度傳感器，其特征在于該傳感器包括設(shè)置在圓柱體外殼(4)內(nèi)的兩個(gè)可控屈曲結(jié)構(gòu)(2);兩個(gè)可控屈曲結(jié)構(gòu)(2)中間通過(guò)質(zhì)量塊(3 )連接，可控屈曲結(jié)構(gòu)(2 )的橫梁(7 )上設(shè)置有光纖光柵(5 )，兩根光纖光柵(5 )通過(guò)光纖(6)連接，光纖(6)又與圓柱體外殼(4)外部的光纖接頭(1)連接，傳輸光信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可控屈曲結(jié)構(gòu)的光纖光柵大量程加速度傳感器，其特征在于可控屈曲結(jié)構(gòu)(2)與設(shè)置在可控屈曲結(jié)構(gòu)上的光纖光柵(5)構(gòu)成光纖光柵大量程應(yīng)變傳感器，兩個(gè)光纖光柵大量程應(yīng)變傳感器以對(duì)稱位置與質(zhì)量塊(3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可控屈曲結(jié)構(gòu)的光纖光柵大量程加速度傳感器，其特征在于可控屈曲結(jié)構(gòu)(2)由銅材料制成，包括橫梁(7)和橫梁兩側(cè)的結(jié)構(gòu)臂(8)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于可控屈曲結(jié)構(gòu)的光纖光柵大量程加速度傳感器，包括設(shè)置在圓柱體外殼內(nèi)的兩個(gè)可控屈曲結(jié)構(gòu)；兩個(gè)可控屈曲結(jié)構(gòu)中間通過(guò)質(zhì)量塊連接，可控屈曲結(jié)構(gòu)的橫梁上設(shè)置有光纖光柵，兩根光纖光柵通過(guò)光纖連接，光纖又與圓柱體外殼外部的光纖接頭連接，傳輸光信號(hào)。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明的基于可控屈曲結(jié)構(gòu)的光纖光柵大量程加速度傳感器，通過(guò)可控屈曲結(jié)構(gòu)的應(yīng)變傳遞特性，將大應(yīng)變轉(zhuǎn)換為小應(yīng)變，擴(kuò)充光纖光柵的應(yīng)變量程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大量程光纖光柵加速度測(cè)量；且除可以實(shí)現(xiàn)大量程的光纖光柵加速度測(cè)量外，還可消除溫度的交叉敏感，提高測(cè)量靈敏度。
文檔編號(hào)G01P15/03GK102305878SQ201110241649
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者尹曉慧, 張寶菊, 王為, 雷晴 申請(qǐng)人:天津師范大學(xué)