[发明专利]一种温度不敏感光纤光栅加速度传感器

说明书

【技术领域】

本发明属于光纤传感器技术领域，具体涉及一种用于测定物体振动幅度和频率的温度不敏感光纤光栅加速度传感器。

【背景技术】

光纤光栅作为一种无源器件，是通过一定的技术方法使光纤纤芯的折射率发生轴向调制而形成的衍射光栅。光纤光栅的反射或透射波的波长与光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率有关，而外界温度或应变的变化会影响光纤光栅的折射率调制周期和纤芯折射率，从而引起光纤光栅的反射或透射波长的变化，通过检测光栅反射中心波长的变化来获得外界物理量的变化。

光纤光栅加速度传感器与传统的强度调制和相位调制的光纤传感器相比,除具有耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰的优点外，还具有波长调制型的独特优点，利于波分复用，容易实现传感网络，然而，由于光纤光栅同时对温度应变敏感，在加速度测量的同时如何实现光栅温度不敏感加速度测量是一个难题，一般解决的方法是通过增加温度补偿光栅来消除温度的影响，不仅增加了传感器的成本，而且增加了光栅传感器的封装难度。因此，单光纤光栅在加速度测量领域的应用引起了人们的广泛关注和极大兴趣，具有重要的学术研究价值和市场应用前景。

申请号为201310092296.X，发明名称为《一种双悬臂梁光纤光栅加速度传感器》的中国发明专利申请，公开了将两个裸光栅串接后封装在两片等强度的悬臂梁外表面上，当被测物体发生振动时，引起传感器内质量块的振动，在质量块的惯性力作用下，与质量块联接的两个悬臂梁的表面产生拉伸和压缩，使得粘贴于其上的两个传感光栅产生应变，由于两个光栅的参数相同，两个悬臂梁的材料相同，所以温度系数相同，同时两个光栅的中心波长漂移方向相反，在实现补偿温度的同时，实现加速度增敏，但这种光纤光栅加速度传感器对两个光栅的中心波长的要求比较严格，封装过程容易导致两个光栅的中心波长失配，导致传感器失效；而且其结构为等强度梁，应力集中区域在惯性质量块附近，此部分容易损坏，这些因素容易引起光栅啁啾而导致传感器无法正常使用。

鉴于以上技术问题，实有必要提供一种温度不敏感光纤光栅加速度传感器以克服以上技术缺陷。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于克服上述加速度传感器的缺点，提供一种单光栅温度不敏感的双巨型臂梁光纤光栅加速度传感器。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种温度不敏感光纤光栅加速度传感器，采用双矩形悬臂梁结构，该双矩形悬臂梁结构包括第一至第四悬臂梁、惯性质量块以及第一和第二悬臂梁固定端，所述惯性质量块位于四个悬臂梁的几何中心，并固定于四个悬臂梁上或联为一个整体，第一和第二悬臂梁固定端固定在四个悬臂梁的两端；所述温度不敏感光纤光栅加速度传感器进一步包括有传感器顶盖和底座，所述传感器顶盖与惯性质量块之间留有一定距离并与第一和第二悬臂梁固定端的上端固定连接，所述底座与惯性质量块之间留有一定距离并与第一和第二悬臂梁固定端的下端固定连接；所述悬臂梁的非线性均匀应变区域封装有传感光栅，传感光栅通过光纤出孔与外部解调单元相连。

作为本发明的优选实施例，所述传感器顶盖和底座上设置有对惯性质量块进行限位的限位结构，以限制传感器震动的最大位移。

作为本发明的优选实施例，所述限位机构为朝向惯性质量块方向凸起的凸起部分。

作为本发明的优选实施例，所述四个悬臂梁的结构参数相同，具有对称结构。

作为本发明的优选实施例，所述四个悬臂梁由相同的弹性合金制成。

作为本发明的优选实施例，所述传感光栅位于悬臂梁的中心轴线上，光纤输出端通过光纤出孔穿出传感器的第二悬臂梁固定端，并密封处理。

作为本发明的优选实施例，所述传感光栅的中心波长为1543.5nm～1560.423nm，3dB带宽为0.26～0.35nm，传感光栅的几何长度为14～16mm。

作为本发明的优选实施例，所述悬臂梁的厚度为0.5～0.8mm，长度为25mm，宽度为10mm。

作为本发明的优选实施例，所述质量块的长度为10mm，宽度为10mm，高度为8.4～9mm。