[发明专利]光纤光栅振动传感器

说明书

公开了一种光纤光栅振动传感器，所述光纤光栅振动传感器包括支撑壳体、连杆机构、弹簧、以及过载保护装置，所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一固定转轴、第一活动转轴、第二活动转轴、以及第二固定转轴。借助于第二连杆的传动，第三连杆在与光纤光栅垂直的方向上的摆动可以有效地转换成第一连杆在与光纤光栅平行的方向上的摆动，有效地避免了光纤光栅横向方向上的剪切力，提高了传感器的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅振动传感器，特别涉及一种可用于铁路沿线危岩落石报警监测的光纤光栅低频振动传感器。

背景技术

光纤光栅传感技术因其具有不受电磁干扰、现场无需供电、长期可靠性和稳定性好，传输距离远等优点，在高陡边坡的防护及预警中得到了普遍的应用。危岩落石报警监测属于高陡边坡防护监测的一个分支，如果能预先监测到危岩落石，将极大程度上减轻危岩落石对铁路、公路等造成的经济损失。

国内已经有些高校或企业开展了光纤光栅振动传感器或光纤光栅加速度计的研究，其中以悬臂梁结构居多。首先，悬臂梁型光纤光栅振动传感器的灵敏度受结构本身限制一般不会过高；其次，该种类型的传感器收敛性缓慢，会降低传感器使用寿命；再者，光纤光栅的栅区直接被胶封装在悬臂梁的表面，容易使光纤光栅产生啁啾，振动环境下的光纤光栅封装也是光纤光栅振动传感器技术的一个关键因素。

适用于铁路沿线危岩落石监测的传感器需要具备以下特点：

1. 长期安装在恶劣的户外环境，且无人值守，传感器需结构稳定，疲劳寿命高；

2. 振动信号除落石引起的信号外，还有大量复杂的干扰信号，辨识度强；

3. 铁路沿线监测范围广，为节约成本，增加传感器的监测范围，需传感器灵敏度高，

4. 较高灵敏度的同时，有足够的强度抵抗火车引起的大振动的破坏。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种光纤光栅振动传感器的结构，具有灵敏度高、结构强度高、耐冲击、寿命高等优点。

根据本发明的实施例，提供了一种光纤光栅振动传感器，该光纤光栅振动传感器包括：

支撑壳体；

连杆机构，位于所述支撑壳体中，所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一固定转轴、第一活动转轴、第二活动转轴、以及第二固定转轴；其中，所述第一固定转轴、第一活动转轴、第二活动转轴、以及第二固定转轴的转轴方向相互平行并且均垂直于应变光纤光栅的长度方向；所述第一固定转轴和第二固定转轴固定至支撑壳体。所述第一连杆的第一端能够绕所述第一固定转轴转动，所述第一连杆的第二端通过第一活动转轴与所述第二连杆的第一端连接，所述第二连杆的第二端通过第二活动转轴与所述第三连杆的第一端连接，所述第三连杆能够绕位于自身的两端之间的第二固定转轴转动，所述第三连杆的第二端呈自由状态；所述应变光纤光栅的第一端封装在所述支撑壳体上，应变光纤光栅的第二端封装在所述第一连杆上，并且所述应变光纤光栅的长度方向垂直于所述第一连杆的长度方向；所述第一连杆的长度方向垂直于所述第二连杆的长度方向，所述第二连杆的长度方向平行于所述第三连杆的长度方向；

弹簧，所述弹簧支撑所述第三连杆，使得所述第三连杆保持在与所述应变光纤光栅基本平行的状态；

过载保护装置，所述过载保护装置固定在所述支撑壳体内侧，用于限定所述第三连杆的第二端的运动范围。

所述应变光纤光栅的两端之间为栅区，在所述应变光纤光栅产生应变时，栅区将改变其透射和/或反射波长，从而给出与所述外界振动相对应的反馈信号。