專利名稱：一種溫度自補(bǔ)償型懸臂梁式光纖光柵加速度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖光柵加速度計(jì)，用于測(cè)量物體的振動(dòng)頻率和加速度。
背景技術(shù)：
在工程應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試有著重要作用，對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)試最能直接反應(yīng)結(jié) 構(gòu)的性能，因此，加速度傳感器在工程上有著廣泛的應(yīng)用。然而傳統(tǒng)的基于電子系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)易受電磁干擾；空間利用率低，布線復(fù)雜，難 于維護(hù)，不適宜做長(zhǎng)期安全監(jiān)測(cè)應(yīng)用。相比之下，光纖光柵傳感器在精密度、可靠性、分布式 布網(wǎng)等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。光纖光柵加速度計(jì)由于光纖光柵其固有的特性，使它具有抗電磁干擾，耐腐蝕，可 復(fù)用，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，并且維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但從目前來(lái)看，光纖 光柵作為傳感器件還主要是以監(jiān)測(cè)應(yīng)變、溫度為主，現(xiàn)有的一些光纖光柵加速度計(jì)，也存在 著溫度影響大，靈敏度不高等缺點(diǎn)。一般光纖光柵材料的應(yīng)變靈敏度為1. 2pm/u e，而溫度靈敏度為10pm/°C，因此 在使用光纖光柵傳感器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，溫度補(bǔ)償十分重要。在工程實(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)的溫度補(bǔ) 償方法是在一個(gè)通道里配備一個(gè)溫度補(bǔ)償傳感器，用來(lái)對(duì)同一通道中多大十?dāng)?shù)個(gè)傳感器進(jìn) 行溫度補(bǔ)償，由于各個(gè)傳感器布設(shè)在不同位置，之間的溫度場(chǎng)也不一致，因此這樣的溫度補(bǔ) 償準(zhǔn)確性并不可靠。余有龍等人報(bào)道了一種光纖光柵加速度計(jì)，是采用將一個(gè)光纖光柵粘接在懸臂梁 表面的方法。當(dāng)懸臂梁發(fā)生振動(dòng)時(shí)，其表面會(huì)有周期性的壓力應(yīng)變，光纖光柵通過(guò)檢測(cè)懸臂 梁表面的應(yīng)變來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的測(cè)量。該種技術(shù)未解決溫度補(bǔ)償問(wèn)題，影響實(shí)際應(yīng)用效果。專利號(hào)為200520098628. 6的專利公開(kāi)一篇“雙懸臂梁光纖光柵振動(dòng)傳感器”通過(guò) 采用兩根串聯(lián)的光纖光柵分別粘貼于兩根材質(zhì)一樣的懸臂梁，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度補(bǔ)償。兩根 懸臂梁表面一根平行于被測(cè)物表面，另一根垂直于被測(cè)物表面，并通過(guò)反射光強(qiáng)變化頻率 和幅度來(lái)確定被測(cè)物體的振動(dòng)頻率和幅度。此種結(jié)構(gòu)要保證粘貼于垂直被測(cè)表面懸臂梁上 的光纖光柵透射譜固定，實(shí)際操作中很難實(shí)現(xiàn)；此外振動(dòng)信息被調(diào)制與光強(qiáng)中，而在實(shí)際工 程應(yīng)用中，連接損耗、傳輸損耗、光強(qiáng)探測(cè)器損耗等，都會(huì)對(duì)結(jié)果造成影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有加速度計(jì)的溫度變化影響測(cè)試精度。提供一種 溫度自補(bǔ)償型懸臂梁式光纖光柵加速度計(jì)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種溫度自補(bǔ)償型懸臂梁式光纖光柵加速度計(jì)，該光纖光柵加速度計(jì)包括外殼、 一號(hào)光纖光柵、質(zhì)量塊、光纖、二號(hào)光纖光柵、懸臂梁、底座，所述構(gòu)成件之間的連接 在光纖上寫(xiě)入一號(hào)光纖光柵和二號(hào)光纖光柵； 將一號(hào)光纖光柵固定在懸臂梁的上表面，二號(hào)光纖光柵固定在懸臂梁的下表面，所述的一號(hào)光纖光柵和二號(hào)光纖光柵位于懸臂梁的中心線上，一號(hào)光纖光柵和二號(hào)光纖光 柵的兩端對(duì)齊；將質(zhì)量塊固定在上述的懸臂梁的自由端；底座的一端固定在外殼的底面上，底座的另一端與上述的懸臂梁的一端固定；光纖上寫(xiě)入一號(hào)光纖光柵的光纖的一端，穿過(guò)外殼的導(dǎo)出孔露在外殼的外部。所述的一號(hào)光纖光柵和二號(hào)光纖光柵長(zhǎng)度相等。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有益效果采用雙光纖光柵設(shè)計(jì)，兩個(gè)光纖光柵置于同一溫度場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)了可靠的溫度自補(bǔ) 償，提高了檢測(cè)精度；采用雙光纖光柵，根據(jù)中心波長(zhǎng)差值的變化反映被測(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)信息， 相對(duì)于“雙懸臂梁光纖光柵振動(dòng)傳感器”，克服了受光源擾動(dòng)、光纖擾動(dòng)影響的缺點(diǎn)；該加速 度計(jì)為單光纖輸出，工程應(yīng)用中節(jié)約成本。


圖1為溫度自補(bǔ)償型懸臂梁式光纖光柵加速度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的A-A剖面圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。一種溫度自補(bǔ)償型懸臂梁式光纖光柵加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)，如圖1、2所示。該光纖光柵加速度計(jì)包括外殼1、一號(hào)光纖光柵2、質(zhì)量塊3、光纖4、二號(hào)光纖光柵 5、懸臂梁6、底座7，所述構(gòu)成件之間的連接在光纖4上寫(xiě)入一號(hào)光纖光柵2和二號(hào)光纖光柵5 將一號(hào)光纖光柵2固定在懸臂梁6的上表面，二號(hào)光纖光柵5固定在懸臂梁6的 下表面，固定時(shí)一號(hào)光纖光柵2和二號(hào)光纖光柵5通過(guò)拉力計(jì)保持一固定預(yù)拉力，直到固定 完成。通過(guò)調(diào)節(jié)預(yù)拉力的大小，使得加速度計(jì)無(wú)振動(dòng)狀態(tài)時(shí)光纖光柵2和光纖光柵5的中 心波長(zhǎng)相差0. 2nm左右。所述的一號(hào)光纖光柵2和二號(hào)光纖光柵5位于懸臂梁6的中心線 上，一號(hào)光纖光柵2和二號(hào)光纖光柵5的兩端對(duì)齊。所述的一號(hào)光纖光柵2和二號(hào)光纖光柵5長(zhǎng)度相等。將質(zhì)量塊3固定在上述的懸臂梁6的自由端；底座7的一端固定在外殼1的底面上，底座7的另一端與上述的懸臂梁6的一端 固定；光纖4上寫(xiě)入一號(hào)光纖光柵2的光纖4的一端，穿過(guò)外殼的導(dǎo)出孔8露在外殼的 外部。懸臂梁6為等強(qiáng)度懸臂梁，在其自由端固定的質(zhì)量塊3可在與懸臂梁6平面垂直 方向自由振動(dòng)。通過(guò)更換不同質(zhì)量的質(zhì)量塊來(lái)調(diào)節(jié)懸臂梁的振動(dòng)頻率。使用時(shí)，把本加速度計(jì)固定在被測(cè)結(jié)構(gòu)上，并使懸臂梁表面平行于被測(cè)物體表面。 因?yàn)橐惶?hào)光纖光柵2和二號(hào)光纖光柵5在同一根光纖上刻寫(xiě)的，都貼在懸臂梁兩側(cè)面，處于 同一溫度場(chǎng)，又因其溫度靈敏度是相同的，外界溫度的變化，會(huì)導(dǎo)致一號(hào)光纖光柵2和二號(hào) 光纖光柵5的中心波長(zhǎng)同步漂移，但一號(hào)光纖光柵2和二號(hào)光纖光柵5之間的波長(zhǎng)差值保
4持不變，從而消除溫度影響。當(dāng)被測(cè)結(jié)構(gòu)無(wú)振動(dòng)時(shí)，一號(hào)光纖光柵2和二號(hào)光纖光柵5的中 心波長(zhǎng)固定，其差值保持不變。當(dāng)被測(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起懸臂梁6受迫振動(dòng)時(shí)，一號(hào)光纖光柵2 和二號(hào)光纖光柵5的中心波長(zhǎng)會(huì)分別向相反方向漂移，從而使得一號(hào)光纖光柵2和二號(hào)光 纖光柵5的中心波長(zhǎng)差值出現(xiàn)變化，兩個(gè)光纖光柵中心波長(zhǎng)差值的變化反映了被測(cè)物體的 振動(dòng)信息。
權(quán)利要求
一種溫度自補(bǔ)償型懸臂梁式光纖光柵加速度計(jì)，該光纖光柵加速度計(jì)包括懸臂梁的自由端固定質(zhì)量塊、懸臂梁及粘接在懸臂梁表面上的一根光纖光柵；其特征在于該光纖光柵加速度計(jì)包括外殼(1)、一號(hào)光纖光柵(2)、質(zhì)量塊(3)、光纖(4)、二號(hào)光纖光柵(5)、懸臂梁(6)、底座(7)，所述構(gòu)成件之間的連接在光纖(4)上寫(xiě)入一號(hào)光纖光柵(2)和二號(hào)光纖光柵(5)將一號(hào)光纖光柵(2)固定在懸臂梁(6)的上表面，二號(hào)光纖光柵(5)固定在懸臂梁(6)的下表面，所述的一號(hào)光纖光柵(2)和二號(hào)光纖光柵(5)位于懸臂梁(6)的中心線上，一號(hào)光纖光柵(2)和二號(hào)光纖光柵(5)的兩端對(duì)齊；將質(zhì)量塊(3)固定在上述的懸臂梁(6)的自由端；底座(7)的一端固定在外殼(1)的底面上，底座(7)的另一端與上述的懸臂梁(6)的一端固定；光纖(4)上寫(xiě)入一號(hào)光纖光柵(2)的光纖(4)的一端，穿過(guò)外殼的導(dǎo)出孔(8)露在外殼的外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度自補(bǔ)償型懸臂梁式光纖光柵加速度計(jì)，其特征在于一 號(hào)光纖光柵(2)和二號(hào)光纖光柵(5)長(zhǎng)度相等。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種溫度自補(bǔ)償型懸臂梁式光纖光柵加速度計(jì)，涉及一種加速度計(jì)。解決了現(xiàn)有加速度計(jì)的溫度影響問(wèn)題。該光纖光柵加速度計(jì)的底座(7)的一端固定在外殼(1)的底面，底座(7)的另一端與懸臂梁(6)的一端固定；在光纖(4)上寫(xiě)入一號(hào)光纖光柵(2)和二號(hào)光纖光柵(5)將一號(hào)光纖光柵固定在懸臂梁的上表面，二號(hào)光纖光柵固定在懸臂梁的下表面，所述的一號(hào)光纖光柵和二號(hào)光纖光柵位于懸臂梁的中心線上，一號(hào)光纖光柵和二號(hào)光纖光柵的兩端對(duì)齊；光纖上寫(xiě)入一號(hào)光纖光柵的光纖的一端，穿過(guò)外殼的導(dǎo)出孔露在外殼的外部。用于測(cè)量物體的振動(dòng)頻率和加速度。
文檔編號(hào)G01H9/00GK101852815SQ20101017619
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者何大偉, 王子謙, 王永生, 王濤 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)