[发明专利]增敏平台光纤光栅振动传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤光栅传感器技术领域，具体涉及用于检测振动频率的光纤光栅传感器。

技术背景

常规的电磁类振动传感器输出的是弱电模拟信号，由于信号易受电磁干扰，因此在大型机电设备等强电磁场环境中无法正常工作，也不能进行远距离传输。目前较好的解决方法是就近将弱模拟信号通过A/D转换电路转换为数字信号，但会增加了传感器的成本，使用中也不方便。光纤光栅振动传感器属于波长调制型传感器，与常规的电磁或机械传感器相比，除了具有传统光纤传感器的一些优点，如灵敏度高、动态范围宽、不受电磁干扰、抗腐蚀、传输损耗小、可靠性高、体积小、重量轻等特点，而且还有其自身独特的优势，如传感信号不受光源功率波动、光谱平坦度、光路损耗等因素的影响；传感器探头结构简单、尺寸小；可直接利用波分复用技术而形成准分布式测量网络等特点。因此，光纤光栅在振动传感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。

刘惠兰等人在2006年北京航空航天大学学报上发表了一篇名为“差动式光纤Bragg光栅加速度计传感头设计与仿真”的文章，其设计的传感头采用主梁与微梁结合的方式，用高k值(悬臂梁的弹性刚度)的主悬臂梁支撑质量块，极低k值的微梁感受应力，微梁对称地位于主梁两侧。在不降低灵敏度的同时，固有频率是传统悬臂梁结构加速度计的2.7倍。这种传感头的光纤光栅是固定在微梁上的普通光纤光栅，传感头的质量块为U型，光纤光栅的端部固定在外壳上。这种传感头加工、安装困难。同时，所用光栅为普通Bragg光栅，又要粘贴于微梁上，传感器的灵敏度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述光纤光栅振动传感器的缺点，提供一种设计合理、结构简单、测量范围大、实用性强、加工安装简易、灵敏度高的增敏平台光纤光栅振动传感器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在上增敏平台上设置有上传感光栅固定环，上增敏平台的左侧设置有上光纤管，上增敏平台的下端设置有下增敏平台，下增敏平台上设置有下传感光栅固定环，下增敏平台上设置有下光纤管，上增敏平台与下增敏平台之间设置有悬臂梁，悬臂梁的自由端设置有质量块，上增敏平台上端设置有上盖，下增敏平台的下端设置有下盖，一根光导纤维的上部设置在上传感光栅固定环上表面和质量块上表面、下部设置在下传感光栅固定环下表面和质量块下表面，一根光导纤维上部写有波长为1500～1600nm的上传感光栅、下部写有波长为1500～1600nm的下传感光栅，上栅区长度为2～4mm，下栅区长度为2～4mm，光导纤维的上端从上光纤管穿出、下端从下光纤管穿出。

本发明的质量块的中心线与悬臂梁的中心线垂直，质量块的上表面与上传感光栅固定环的上表面位于同一个平面内，质量块的下表面与下传感光栅固定环的下表面位于同一个平面内，质量块的左端与上传感光栅固定环内边沿的距离为5～10mm。

本发明的上传感光栅与下传感光栅之间的光导纤维的长度是上传感光栅固定环上表面与下传感光栅固定环下表面之间距离的3倍。

本发明的上传感光栅固定环和下传感光栅固定环的几何形状为圆环形结构且内径相同。

本发明的下传感光栅固定环与上传感光栅固定环相平行。

本发明的一根光导纤维上部写有波长为1550nm的上传感光栅、下部写有波长为1550nm的下传感光栅，上栅区长度为4mm，下栅区长度为4mm。

由于本发明采用在一根光导纤维上写有上传感光栅、下传感光栅，上传感光栅和下传感光栅的栅区短，光纤光栅的端部固定在增敏平台上，质量块的左端与上传感光栅固定环和下传感光栅固定环内边沿的距离相应缩短，有效地缩短了光纤光栅的受力范围，对质量块形状并无特殊限制。与现有光纤光栅振动传感器相比，灵敏度提高了8倍，可用于振动设备的振动频率和振幅的检测，特别适用于强电磁环境下的高灵敏振动频率和振幅检测。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1中等截面矩形悬臂梁3与质量块5联接示意图。

图3是图1中等强度等腰三角形悬臂梁3与质量块5联接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明，但本发明不局限于下述的实施方式。

实施例1

在图1～图2中，本实施例的增敏平台光纤光栅振动传感器由上盖1、上传感光栅2、悬臂梁3、下传感光栅4、质量块5、上增敏平台6、下增敏平台7、下盖8、下光纤管9、上光纤管10、光导纤维11联接构成。