[实用新型]温度补偿型光纤光栅加速度计探头

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤光栅传感技术、工程力学和光电检测等技术领域，特别是一种不受电磁干扰、尺寸小、能自动消除温度噪声的温度补偿型光纤光栅加速度计探头。

背景技术

混凝土堤坝、卫星发射台和海上开采平台等大型工程结构中由于应力集中而产生一种振幅微小(10^-8-10^-10m)应力波。这种应力波振动频率一般在100Hz以下，它广泛存在于工程应用领域中，它反映了处于微振物体的本质状态特征，而表征这种应力波最直接的参数是其振动加速度。通过对加速度进行分布式精确测量可实现振动体的状态分析和故障诊断。振动监测系统中对振动信号进行拾取主要依靠电磁类加速度传感器来实现，虽然电磁类加速度传感器已在振动测量中得到了广泛应用，但是其自身存在的诸多缺陷使得电磁类加速度传感器在振动测量领域的应用受到很大的限制，如电磁干扰和温度噪声不能从根本上消除，信号之间的串音、测量探头复杂，以及电线总体积大、布置空间容易受到等问题难以解决。近年来，许多光纤传感器被应用于振动监测和信息采集中，并受到广泛关注和大力推广，其中光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating，FBG)传感器最具有发展前景。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种温度补偿型光纤光栅加速度计探头，其基于光纤布拉格光栅设计，在能够实现低频振动加速度测量的基础上，具有尺寸小，质量轻的特点，在应用时不受电磁干扰以及光路中功率波动等的影响，且能自动消除温度噪声和相位噪声的影响。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种温度补偿型光纤光栅加速度计探头，包括壳体，壳体内设有弹簧片、惯性质量块和弹性管件；弹簧片数量为2个，2个弹簧片位于同一水平面上，且对称的安装于惯性质量块的两侧；各弹簧片的一端固定在壳体上，另一端固定在惯性质量块上；弹性管件竖直放置，其上端固定于壳体上，下端位于惯性质量块的上方；弹性管件中设有第一光纤光栅和第二光纤光栅，第一光纤光栅刚性粘贴于弹性管件的内壁上，第二光纤光栅通过光纤连接第一光纤光栅的下端；第一光纤光栅的上端通过光纤连接到壳体外部。

作为一种改进，本实用新型还包括基座，基座连接壳体下端，基座上表面中心与壳体下端面中心重合；基座的底面积大于壳体下端面的面积。基座与壳体可以为整体结构，基座的设置可使本实用新型的探头在应用时便于安装或放置，更好的避免其它振动造成的干扰，保证测量的灵敏度和精确度。

进一步的，本实用新型所述弹簧片的截面为矩形，且两个弹簧片的长度相等。矩形截面的弹簧片可使得在惯性质量块振动时，引起的钢管以及光纤光栅的应变为线性应变，便于分析。

更进一步的，本实用新型中所述弹性管件为钢管，弹性管件的作用为：在有加速度时，惯性质量块的上下振动会引起钢管的应变，刚性粘贴于刚关上的光纤光栅也会有同样的应变，从而可实现本实用新型信号采集分析的目的。弹性管件选择为钢管既可满足应变要求的弹性系数，又不会因为弹性过大在应变过程中对光纤光栅造成损坏。

上述钢管下端在惯性质量块上的投影位于惯性质量块上表面的中间部位。在有加速度时，钢管与惯性质量块的位移幅度最大的部位相对应，可提高本实用新型的灵敏度。

优选的，本实用新型所述惯性质量块为立方体。两个弹簧片支撑惯性质量块并约束质量块的振动方向。形状规则的惯性质量块更利于分析，能够保证本实用新型的测量精确度。

在应用中，当有加速度时，惯性质量块上下振动力使钢管产生应变并带动光纤光栅应变，通过检测光纤光栅的应变可得到加速度大小。

有益效果

本实用新型采用光纤光栅作为敏感元件，可免受电磁干扰，适合于复杂电磁环境使用。应用原理是将加速度引起的钢管应变量转换为光纤光栅的中心波长漂移量，不受测量系统中光路功率波动影响。双光纤光栅结构中，其中一光纤光栅粘贴于钢管内壁，与钢管有相同应变，而另一光纤光栅悬空自由放置，温度变化对两光纤光栅中心波长的影响相同，因此在测量中能够进行温度的自动补偿，克服了一般光纤光栅传感器温度、应变交叉敏感问题。同时本实用新型结构较为简单，体积较小，易于形成分布式传感网络，进行多点加速度测量，同时成本较低，安装简单，易于推广。

附图说明

图1所示为本实用新型结构示意图；

图2所示为图1的局部剖视主视图；

图3所示为光纤光栅传感系统示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式做进一步描述。