專利名稱：一種光纖光柵溫度自補(bǔ)償型加速度傳感器的制作方法
一種光纖光柵溫度自補(bǔ)償型加速度傳感器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光纖光柵溫度自補(bǔ)償型加速度傳感器。
背景技術(shù)：
加速度傳感器是大型機(jī)械設(shè)備，運(yùn)輸工具，振動(dòng)測(cè)量、地震監(jiān)測(cè)、導(dǎo)航與制導(dǎo)等領(lǐng)域中常用的重要傳感器。由于光纖光柵(Fiber BraggGrating-FBG)采用波長(zhǎng)編碼,并可以采用各種復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)化傳感系統(tǒng)且具有抗電磁干擾、體積小、質(zhì)量輕、動(dòng)態(tài)范圍大、能在惡劣環(huán)境下工作等優(yōu)良特性，因而倍受發(fā)達(dá)國(guó)家軍事與工程領(lǐng)域的青睞。近年來(lái)，利用光纖光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度測(cè)量的加速度傳感器已經(jīng)出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)形式。
Berkoff等人于1996年提出了一種光纖光柵振動(dòng)加速度計(jì)的設(shè)計(jì),此結(jié)構(gòu)利用 OFBG的壓力效應(yīng)，但由于被測(cè)物體在振動(dòng)過(guò)程中容易導(dǎo)致光柵的雙折射，致使反射譜的譜峰分裂，降低了此設(shè)計(jì)的光纖光柵加速度傳感器的測(cè)量精度。
Todd等人于1998年開(kāi)發(fā)出了基于雙撓性梁的光纖光柵加速度傳感器。由于選用雙撓性梁作為傳感器的彈性元件，此設(shè)計(jì)有利于降低傳感器的橫向串?dāng)_問(wèn)題，但由于傳感光纖光柵產(chǎn)生了非均勻應(yīng)變，致使加速度傳感器的測(cè)量精度降低。
Mita于2000年提出了一種由L型懸臂梁、質(zhì)量塊和彈簧片構(gòu)成的新型光纖光柵加速度傳感器。為了避免光纖光柵產(chǎn)生不均勻應(yīng)變，該結(jié)構(gòu)中采用了對(duì)光纖光柵預(yù)拉伸后直接固定在L型懸臂梁上的方式，選用彈簧片的目的是為了消除傳感器的橫向串?dāng)_問(wèn)題。該結(jié)構(gòu)傳感器的諧振頻率約為45Hz。
TengLi等人于2006年設(shè)計(jì)了主梁與微梁相結(jié)合的差動(dòng)式光纖光柵加速度傳感器。此結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是傳感器的靈敏度和諧振頻率互補(bǔ)影響，即增加傳感器的諧振頻率的同時(shí)不會(huì)以犧牲其靈敏度為代價(jià)。
Chen Zhengbin等人于2008年提出了基于D型光纖光柵加速度傳感器。然后將進(jìn)過(guò)特殊處理的光纖光柵封裝在等強(qiáng)度懸臂梁上，由于D型光纖光柵比普通光纖光柵的彎曲靈敏度要高很多，因此這種基于D型光纖光柵的加速度傳感器要比劉波等人提出的基于等強(qiáng)度懸臂梁的光纖光柵加速度傳感器的靈敏度高出許多。
張東生等人于2009年提出了基于毛細(xì)鋼管結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器。他將兩根光纖光柵串聯(lián)熔接后封裝在毛細(xì)鋼管的內(nèi)壁，質(zhì)量塊穿過(guò)鋼管固定在兩個(gè)光纖光柵中間，由于鋼管的剛度系數(shù)非常大，因此此種封裝方式的諧振頻率非常高，
同年，Wang Yongjie等人提出了基于活塞結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器。在此結(jié)構(gòu)中，他采用金屬?gòu)椈勺鳛榧铀俣葌鞲衅鞯膹椥悦舾性?，以光纖光柵作為傳感元件。此種活塞式結(jié)構(gòu)很好的避免了交叉串?dāng)_的問(wèn)題。
但是，以等強(qiáng)度梁懸臂式結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)光柵布置方法的改進(jìn)而制成的溫度自補(bǔ)償型加速度傳感器幾乎為零。本發(fā)明中，通過(guò)在等強(qiáng)度梁上下表面分別粘貼光纖光柵并使之串聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量加速度時(shí)的溫度自補(bǔ)償，即環(huán)境溫度的變化不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果3產(chǎn)生影響。這種光纖光柵溫度自補(bǔ)償加速度傳感器具有很高的測(cè)量精度，并且與普通加速度傳感器相比，穩(wěn)定性更高，抗干擾能力更強(qiáng)，從而，可將其應(yīng)用于溫度變化大，環(huán)境條件惡劣的測(cè)量環(huán)境中。現(xiàn)有的光纖光柵加速度傳感器因存在各種不足，限制了其使用，如采用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，未考慮環(huán)境因素的影響，或者考慮了環(huán)境因素的影響，但補(bǔ)償效果不理想等等。因此，研究和開(kāi)發(fā)新型的光纖光柵加速度傳感器有十分重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在等強(qiáng)度梁懸臂式結(jié)構(gòu)中通過(guò)在梁的上下表面軸心處粘貼光纖光柵，在測(cè)量過(guò)程中可直接消去環(huán)境溫度變化對(duì)光纖光柵變形的影響，即溫度自補(bǔ)償型光纖光柵加速度傳感器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種光纖光柵溫度自補(bǔ)償型加速度傳感器，包括等強(qiáng)度梁、兩根光纖光柵、金屬支座、金屬保護(hù)外殼和質(zhì)量塊，其特征在于所述的等強(qiáng)度梁形狀為三角形，其橫截面為矩形；等強(qiáng)度梁的一端與支座固定連接，第一號(hào)光纖光柵和第二號(hào)光纖光柵分別粘貼在等強(qiáng)度梁上下表面的軸線上，并將第一號(hào)和第二號(hào)光纖光柵串聯(lián)熔接，等強(qiáng)度梁的另外一端固定連接有質(zhì)量塊，金屬保護(hù)外殼將等強(qiáng)度梁和質(zhì)量塊封裝在內(nèi)，在測(cè)量中，由于環(huán)境溫度變化使光纖光柵產(chǎn)生的中心波長(zhǎng)變化量通過(guò)下面的方法進(jìn)行消除，進(jìn)而求得實(shí)際應(yīng)變導(dǎo)致的波長(zhǎng)變化量，從而實(shí)現(xiàn)溫度的自補(bǔ)償功能；方法如下
權(quán)利要求
1.一種光纖光柵溫度自補(bǔ)償型加速度傳感器，包括等強(qiáng)度梁、兩根光纖光柵、金屬支座、金屬保護(hù)外殼和質(zhì)量塊，其特征在于所述的等強(qiáng)度梁形狀為三角形，其橫截面為矩形；等強(qiáng)度梁的一端與支座固定連接，第一號(hào)光纖光柵和第二號(hào)光纖光柵分別粘貼在等強(qiáng)度梁上下表面的軸線上，并將第一號(hào)和第二號(hào)光纖光柵串聯(lián)熔接，等強(qiáng)度梁的另外一端固定連接有質(zhì)量塊，金屬保護(hù)外殼將等強(qiáng)度梁和質(zhì)量塊封裝在內(nèi)，在測(cè)量中，由于環(huán)境溫度變化使光纖光柵產(chǎn)生的中心波長(zhǎng)變化量通過(guò)下面的方法進(jìn)行消除，進(jìn)而求得實(shí)際應(yīng)變導(dǎo)致的波長(zhǎng)變化量，從而實(shí)現(xiàn)溫度的自補(bǔ)償功能； 方法如下
全文摘要
一種光纖光柵溫度自補(bǔ)償型加速度傳感器，包括等強(qiáng)度梁、兩條光纖光柵、金屬支座、金屬保護(hù)外殼和質(zhì)量塊，等強(qiáng)度梁的一端與支座固定連接，第一號(hào)光纖光柵和第二號(hào)光纖光柵分別粘貼在等強(qiáng)度梁上下表面的軸線上，并將第一號(hào)和第二號(hào)光纖光柵串聯(lián)熔接，等強(qiáng)度梁的另外一端固定連接有質(zhì)量塊，金屬保護(hù)外殼將等強(qiáng)度梁和質(zhì)量塊封裝在內(nèi)，在測(cè)量中，由于環(huán)境溫度變化使光纖光柵產(chǎn)生的波長(zhǎng)變化量通過(guò)一系列方法進(jìn)行消除，進(jìn)而求得實(shí)際應(yīng)變導(dǎo)致的波長(zhǎng)變化量，從而實(shí)現(xiàn)溫度的自補(bǔ)償功能；本發(fā)明具有靈敏度高、精確度高、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際的測(cè)量要求改變?cè)O(shè)計(jì)尺寸來(lái)調(diào)節(jié)量程。
文檔編號(hào)G01P15/03GK102981020SQ201210516998
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者王川, 盧麒羽 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)