[发明专利]基于可控屈曲结构的光纤光栅大量程加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅应变式加速度传感器，具体涉及一种能测量大量程加速度的基于可控屈曲结构的光纤光栅大量程加速度传感器。

背景技术

传统的电类加速度传感器已经具有完备的技术及产品，但是在一些恶劣的环境中，如易燃易爆、强电磁干扰、强腐蚀环境，以及一些需要远距离监测、多点监测的场合，其应用通常受到限制。光纤光栅加速度传感器相比于传统加速度传感器，具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、抗腐蚀能力强、能在恶劣的环境下工作，并且可以构建准分布式的传感网络。但由于光纤光栅检测应变测量范围较窄，通常只有±5000με，使得光纤光栅应变式加速度传感器的量程较小，限制了这种传感器的使用。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术中光纤光栅加速度传感器量程小的问题而提供一种基于可控屈曲结构的光纤光栅大量程加速度传感器。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本发明的基于可控屈曲结构的光纤光栅大量程加速度传感器，包括设置在圆柱体外壳内的两个可控屈曲结构；两个可控屈曲结构中间通过质量块连接，可控屈曲结构的横梁上设置有光纤光栅，两根光纤光栅通过光纤连接，光纤又与圆柱体外壳外部的光纤接头连接，传输光信号。

所述的可控屈曲结构与设置在可控屈曲结构上的光纤光栅构成光纤光栅大量程应变传感器，两个光纤光栅大量程应变传感器以对称位置与质量块连接。

所述的可控屈曲结构由铜材料制成，包括横梁和横梁两侧的结构臂。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的基于可控屈曲结构的光纤光栅大量程加速度传感器，通过可控屈曲结构的应变传递特性，将大应变转换为小应变，扩充光纤光栅的应变量程，进而实现大量程光纤光栅加速度测量；且除可以实现大量程的光纤光栅加速度测量外，还可消除温度的交叉敏感，提高测量灵敏度。

附图说明

图1是可控屈曲结构的应变传递原理图；

图2是可控屈曲结构的力学模型图；

图3是本发明的光纤光栅大量程加速度传感器的结构示意图。

附图中主要部件符号说明：

1：光纤接头             2：可控屈曲结构

3：质量块               4：圆柱体外壳

5：光纤光栅             6：光纤

7：横梁                 8：结构臂。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明。

图1显示了可控屈曲结构的应变传递原理，可控屈曲结构是借鉴结构工程中的思想，依靠结构本身的储能来耗散外部的能量，实现外部大应变到自身小应变的转换，可控屈曲结构将被测的应变ε_x转化为ε_y，然后传递给光纤光栅，进而扩大光纤光栅的量程，应变传递关系                                                对系统的传感特性具有重要影响，不同的可控屈曲结构具有不同的应变传递关系。

图2是根据图1所示的原理，设计的一种可控屈曲结构，由铜材料制成。可控屈曲结构2由横梁7和横梁两侧的结构臂8组成，调整结构尺寸能实现不同应变量程。

图3是本发明的光纤光栅大量程加速度传感器的结构示意图。如图3所示，光纤光栅5分别粘贴在两个可控屈曲结构2的横梁7上，中间通过质量块3连接，质量块3的质量决定了加速度传感器的动态性能。两根光纤光栅5之间通过光纤6连接，并与圆柱体外壳4外部的光纤接头1相连，用于光信号的传输。

本发明的光纤光栅大量程加速度传感器根据空间结构依靠本身的储能来耗散外部能量，自身发生弹塑性变形，实现外部大应变到自身小应变转换的原理，制作梯形可控屈曲结构。将光纤光栅5粘贴于可控屈曲结构2的横梁表面上，构造光纤光栅大量程应变传感器，量程可达100000με。将光纤光栅大量程应变传感器与一质量块3相连接，并封装在圆柱体外壳4内，制成大量程的光纤光栅加速度传感器。为了消除温度对加速度传感器测量的影响，将两个光纤光栅大量程应变传感器以对称位置与质量块3相连接，当测量时，一个光纤光栅大量程应变传感器感受拉应变，一个光纤光栅大量程应变传感器感受压应变，故通过将两光纤光栅测量结果进行加法运算能消除温度的交叉敏感，同时能使加速度测量灵敏度增加一倍。