[发明专利]一种具有高灵敏度高固有频率的二维FBG加速度计

说明书

本发明为一种具有高灵敏度高固有频率的二维FBG加速度计，包括有基底、敏感结构和质量块，所述敏感结构为柔性铰链结构；在质量块外周的基底上设有两第一固定支架、两第二固定支架，并在其顶部分别开设有第一导纤槽和第二导纤槽，且在质量块的顶部开设有两段互相垂直的第三导纤槽和第四导纤槽，沿第三导纤槽和两第一导纤槽内粘贴有一光纤布拉格光栅，沿第四导纤槽和两第二导纤槽内粘贴有一光纤布拉格光栅。本发明为抛物线型柔性铰链作为敏感结构的二维加速度计，可增大其灵敏度并减小其体积，从而实现提高固有频率，且由于两根光纤布拉格光栅相互垂直，从而满足监测两个方向振动信号的需求。

【技术领域】

本发明属于光纤传感技术领域，尤其是指一种具有高灵敏度高固有频率的二维FBG加速度计。

【背景技术】

随着国民经济及机械行业的快速发展，工程设备朝着大型化、自动化与智能化方向发展，结构健康监测与损伤评估在其中起着重要作用，如何实现长期实时监测是目前热门且重要的研究方向。对结构进行振动信号的实时监测，既可识别结构受承受外界荷载的大小，又可以得到结构的固有频率，若固有频率出现明显的降低，则可判定结构出现了损伤。光纤布拉格光栅(FBG)传感器可实现对应变、温度、压力以及加速度等物理量的精确测量，且具有抗电磁干扰、灵敏度高、成本低、远距离传输以及稳定性强等优点，因此目前多采用FBG加速度计进行实时监测。以大型风机与直升机浆叶等旋转设备为例，若加速度计传输异常的振动信号，意味着出现转动质量的不均匀分布等问题。目前常用的FBG加速度计形式有悬臂梁式与膜片式，这两种结构不仅灵敏度低，而且固有频率小，易发生啁啾现象，不能应用于高频振动下测量。

针对上述问题，申请人提出了一种解决方案。

【发明内容】

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提供了一种具有高灵敏度高固有频率的二维FBG加速度计。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种具有高灵敏度高固有频率的二维FBG加速度计，包括有基底，在基底上方设有质量块，在所述质量块与基底之间通过敏感结构连接，所述敏感结构为柔性铰链结构；在质量块外周的基底上均匀分布有四个固定支架，其中分设于左右两侧的固定支架为第一固定支架，在其顶部分别开设有第一导纤槽，分设于前后两侧的固定支架为第二固定支架，在其顶部分别开设有第二导纤槽，在质量块的顶部开设有两段互相垂直的第三导纤槽和第四导纤槽，且第三导纤槽和第四导纤槽均前后贯穿质量块的顶部并在中点交汇，所述第一导纤槽、第二导纤槽、第三导纤槽和第四导纤槽均处于同一水平高度；沿第三导纤槽和两第一导纤槽内粘贴有一光纤布拉格光栅，沿第四导纤槽和两第二导纤槽内粘贴有一光纤布拉格光栅，两根光纤布拉格光栅相互垂直，且位于两端非光栅区域的光纤粘贴固定于第一导纤槽和第二导纤槽中，位于质量块的非光栅区域光纤粘贴固定于第三导纤槽和第四导纤槽中。

在进一步的改进方案中，所述敏感结构为双轴抛物线型的柔性铰链结构。

在进一步的改进方案中，所述第三导纤槽和第四导纤槽的中间交汇点与质量块的轴心重合。

在进一步的改进方案中，所述第一导纤槽、第二导纤槽、第三导纤槽和第四导纤槽的高度和宽度均为1～2mm。

在进一步的改进方案中，所述四个固定支架均为变截面结构，其靠近基底的截面面积大于靠近其顶部的截面面积。

在进一步的改进方案中，所述两根光纤布拉格光栅均为阵列波导光栅，在任意一根光纤上刻有两个布拉格光栅，且两布拉格光栅的间距为常数。

在进一步的改进方案中，所述基底为金属基底，且其与敏感结构、质量块为一体化结构。