專利名稱：一種一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于加速度傳感器裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，尤其涉及到用于應(yīng)用于土木工程、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、石油地震波監(jiān)測方面的一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器。
背景技術(shù)：
目前以光纖光柵作為傳感元件制成的光纖光柵加速度傳感器已經(jīng)越來越廣泛的應(yīng)用于土木工程、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、石油地震波監(jiān)測這些領(lǐng)域。而現(xiàn)在的光纖光柵加速度傳感器普遍是對一維方向的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，難以滿足實(shí)際監(jiān)測中對三維空間任意加速度的測量需求。而由西北大學(xué)在中國申請的專利號為201010544589且發(fā)明名稱為一種基于金屬波紋管結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器的發(fā)明專利中，利用金屬波紋管作為結(jié)構(gòu)的彈性元件獲取了一維方向上較寬的頻響范圍，但是由于此傳感器的抗橫向干擾能力較差而降低了結(jié)構(gòu)的靈敏度；另外由申請人胡敬禮在中國申請的專利號為201120161858且發(fā)明名稱為三維光纖光柵傳感器的專利實(shí)質(zhì)上是將三組一維傳感檢測裝置安置于三個(gè)相互垂直的方向上進(jìn)行加速度的三維檢測，但是此傳感器體積過大，各個(gè)方向的串?dāng)_對靈敏度造成的影響不可忽略；還有趙彥濤等人在“基于Bragg光纖光柵的三維加速度傳感器的研究”文章中對以光纖光柵為彈性元件的一體式傳感器進(jìn)行了理論分析，證明了傳感頭的橫向效應(yīng)和溫度對測量影響很小可忽略，但是其光纖的伸長量有限，易被拉斷，因而以光纖光柵本身作為彈性元件大大降低了傳感器的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，這樣的加速度傳感器克服了現(xiàn)有的加速度傳感器的缺陷，避免了因抗橫向干擾能力較差而降低結(jié)構(gòu)的靈敏度、傳感器體積過大、各個(gè)方向的串?dāng)_對靈敏度造成影響還有以光纖光柵本身作為彈性元件大大降低傳感器的使用壽命的不足。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣解決的:
一種一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，包括內(nèi)部中空的正方體外殼3,在正方體外殼3內(nèi)部將正方體質(zhì)量塊2通過管狀形變體I懸空連接，具體結(jié)構(gòu)為該正方體外殼3的每個(gè)內(nèi)表面各自同正方體質(zhì)量塊2的對應(yīng)的一個(gè)外表面面面相對，所述的每個(gè)內(nèi)表面的中心分別同各自對應(yīng)的一個(gè)管狀形變體I的一端固定連接，而管狀形變體I的另一端同與該管狀形變體I固定連接的內(nèi)表面相面面相對的正方體質(zhì)量塊2的外表面的中心固定連接，沿每個(gè)管狀形變體I的中心軸線方向均設(shè)置有各自對應(yīng)的傳感光纖Bragg光柵4，所有的傳感光纖Bragg光柵4的光纖一端沿所述的中心軸線向外的方向依次穿過正方體質(zhì)量塊2和正方體外殼3至正方體外殼3外部并串聯(lián)熔接在一起,而所有的傳感光纖Bragg光柵4的光纖另一端直接穿過正方體外殼3至正方體外殼3外部,另外傳感光纖Bragg光柵4同正方體質(zhì)量塊2的結(jié)合部相固定，以及所述的傳感光纖Bragg光柵4的光纖另一端直接穿過正方體外殼3的結(jié)合部也相固定。所述的管狀形變體I為彈性元件。所述的彈性元件為金屬波紋管，并且所有的金屬波紋管的形狀大小和力學(xué)參數(shù)均相同。所述的金屬波紋管的材料為鈹青銅。所述的正方體外殼3的材料為鋁合金材料。所述的傳感光纖Bragg光柵4均為同樣的材料。所述的傳感光纖Bragg光柵4同正方體質(zhì)量塊2和正方體外殼3的結(jié)合部相固定的方式為所述的正方體質(zhì)量塊2和正方體外殼3各個(gè)表面中心位置均設(shè)置有通孔，傳感光纖Bragg光柵4穿過各自對應(yīng)的通孔并于對應(yīng)的通孔處用強(qiáng)力膠固定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)對測量空間方向上的任意加速度的測量，具有體積小，抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高，響應(yīng)頻帶寬，壽命長，結(jié)合傳感網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布和在線實(shí)時(shí)監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式附圖為本發(fā)明的實(shí)施例。下面結(jié)合附圖對發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說明:
參照圖1所示，一種一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，包括內(nèi)部中空的正方體外殼3，在正方體外殼3內(nèi)部將正方體質(zhì)量塊2通過管狀形變體I懸空連接，具體結(jié)構(gòu)為該正方體外殼3的每個(gè)內(nèi)表面各自同正方體質(zhì)量塊2的對應(yīng)的一個(gè)外表面面面相對，所述的每個(gè)內(nèi)表面的中心分別同各自對應(yīng)的一個(gè)管狀形變體I的一端固定連接，而管狀形變體I的另一端同與該管狀形變體I固定連接的內(nèi)表面相面面相對的正方體質(zhì)量塊2的外表面的中心固定連接，沿每個(gè)管狀形變體I的中心軸線方向均設(shè)置有各自對應(yīng)的傳感光纖Bragg光柵4，所有的傳感光纖Bragg光柵4的一端沿所述的中心軸線向外的方向依次穿過正方體質(zhì)量塊2和正方體外殼3至正方體外殼3外部并串聯(lián)熔接在一起，而所有的傳感光纖Bragg光柵4的光纖另一端直接穿過正方體外殼3至正方體外殼3外部,另外傳感光纖Bragg光柵4同正方體質(zhì)量塊2的結(jié)合部相固定，以及所述的傳感光纖Bragg光柵4的光纖另一端直接穿過正方體外殼3的結(jié)合部也相固定。所述的管狀形變體I為彈性元件。所述的彈性元件為金屬波紋管，并且所有的金屬波紋管的形狀大小和力學(xué)參數(shù)均相同。所述的金屬波紋管的材料為鈹青銅，鈹青銅的優(yōu)點(diǎn)在于有很高的強(qiáng)度、彈性、硬度、疲勞強(qiáng)度、彈性滯后小、耐蝕、耐磨、耐寒、高導(dǎo)電、無磁性、沖擊不產(chǎn)生火花這樣的一系列優(yōu)良的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。所述的正方體外殼3的材料為鋁合金材料，鋁合金材料更為輕便，成本更低。本發(fā)明的工作原理為假設(shè)振動(dòng)臺(tái)施加橫向X軸的正向加速度，設(shè)定橫向X軸負(fù)方向的傳感光纖Bragg光柵4的符號名為FBG1,正方向的傳感光纖Bragg光柵4的符號名為FBG2，此時(shí)正方體質(zhì)量塊2經(jīng)過平衡位置向橫向X軸正方向運(yùn)動(dòng)，符號名為FBGl的傳感光纖Bragg光柵4被拉伸而符號名為FBG2的傳感光纖Bragg光柵4被壓縮,它們各自對應(yīng)的中心波長變化量依次為公式(I)和公式(2)表示:
權(quán)利要求
1.種一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，其特征在于包括內(nèi)部中空的正方體外殼(3)，在正方體外殼(3)內(nèi)部將正方體質(zhì)量塊(2)通過管狀形變體(I)懸空連接，具體結(jié)構(gòu)為該正方體外殼(3)的每個(gè)內(nèi)表面各自同正方體質(zhì)量塊(2)的對應(yīng)的一個(gè)外表面面面相對，所述的每個(gè)內(nèi)表面的中心分別同各自對應(yīng)的一個(gè)管狀形變體(I)的一端固定連接，而管狀形變體(I)的另一端同與該管狀形變體(I)固定連接的內(nèi)表面相面面相對的正方體質(zhì)量塊(2)的外表面的中心固定連接，沿每個(gè)管狀形變體(I)的中心軸線方向均設(shè)置有各自對應(yīng)的傳感光纖Bragg光柵(4),所有的傳感光纖Bragg光柵(4)的一端沿所述的中心軸線向外的方向依次穿過正方體質(zhì)量塊(2)和正方體外殼(3)至正方體外殼(3)外部并串聯(lián)熔接在一起，而所有的傳感光纖Bragg光柵(4)的光纖另一端直接穿過正方體外殼(3)至正方體外殼(3)外部，另外傳感光纖Bragg光柵(4)同正方體質(zhì)量塊(2)的結(jié)合部相固定，以及所述的傳感光纖Bragg光柵(4)的光纖另一端直接穿過正方體外殼(3)的結(jié)合部也相固定。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，其特征在于所述的管狀形變體(I)為彈性元件。
3.據(jù)權(quán)利要求2所述的一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，其特征在于所述的彈性元件為金屬波紋管，并且所有的金屬波紋管的形狀大小和力學(xué)參數(shù)均相同。
4.據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，其特征在于所述的金屬波紋管的材料為鈹青銅。
5.據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，其特征在于所述的正方體外殼(3)的材料為鋁合金材料。
6.據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，其特征在于所述的傳感光纖Bragg光柵(4)均為同樣的材料。
7.據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，其特征在于所述的傳感光纖Bragg光柵(4)同正方體質(zhì)量塊(2)和正方體外殼(3)的結(jié)合部相固定的方式為所述的正方體質(zhì)量塊(2)和正方體外殼(3)各個(gè)表面中心位置均設(shè)置有通孔，傳感光纖Bragg光柵(4)穿過各自對應(yīng)的通孔并于對應(yīng)的通孔處用強(qiáng)力膠固定。
全文摘要
一體式結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器，其特征在于包括內(nèi)部中空的正方體外殼，在正方體外殼內(nèi)部將正方體質(zhì)量塊通過管狀形變體懸空連接，沿每個(gè)管狀形變體的中心軸線方向均設(shè)置有各自對應(yīng)的傳感光纖Bragg光柵，所有的傳感光纖Bragg光柵的光纖一端沿所述的中心軸線向外的方向依次穿過正方體質(zhì)量塊和正方體外殼至正方體外殼外部并串聯(lián)熔接在一起，而所有的傳感光纖Bragg光柵的光纖另一端直接穿過正方體外殼至正方體外殼外部，另外傳感光纖Bragg光柵同正方體質(zhì)量塊的結(jié)合部相固定，以及所述的傳感光纖Bragg光柵的光纖另一端直接穿過正方體外殼的結(jié)合部也相固定，克服了現(xiàn)有的加速度傳感器的缺陷。
文檔編號G01P15/18GK103091511SQ20131001722
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者喬學(xué)光, 馮定一, 忽滿利, 馮忠耀, 榮強(qiáng)周, 杜彥英 申請人:西北大學(xué)