[实用新型]光纤光栅振动传感器及其振动测量元件

权利要求书

1. 一种光纤光栅振动传感器(100),包括：

基座（120）；和

振动测量元件（141、142、143）；以及

光纤光栅(171、172、173);

其中，

振动测量元件在轴向上安装在基座的安装面（131、132、133）上；

振动测量元件包括第一凸台和第二凸台（211、212）；

振动测量元件的第一凸台侧的一端固定安装在安装面上，振动测量元件的第二凸台侧的一端悬空；并且

光纤光栅在轴向上封装在振动测量元件上，用于感测在该轴向上的振动。

2. 根据权利要求1所述的光纤光栅振动传感器(100)，其中第一凸台和第二凸台高度相同，且根据不同的灵敏度需求选取不同的高度值，其中所述高度确定光纤光栅振动传感器在轴向上的灵敏度的放大系数。

3. 根据权利要求2所述的光纤光栅振动传感器(100)，其中第一凸台和第二凸台的高度δ是振动测量元件的悬臂梁的厚度h的N倍：                                               ，其中N为大于零的数值。

4. 根据权利要求3所述的光纤光栅振动传感器(100)，其中所述N的取值范围在1-3之间。

5. 根据权利要求3所述的光纤光栅振动传感器(100)，其中振动测量元件的悬臂梁（200）的弯曲所引起的光纤光栅（171、172、173、206）上的应变表示为：

     （6）

其中:

h 为悬臂梁的厚度；

δ为凸台的高度；

ρ为悬臂梁的曲率半径；

M 为惯性力的力矩；

E 为悬臂梁材料的杨氏模量；

J 为悬臂梁的惯性矩；

L 为悬臂梁长度；

F 为悬臂梁受到的惯性力；

b 为悬臂梁的宽度；

m 为悬臂梁的末端等效质量；

a 为外界振动的加速度；

N为凸台的高度δ除以悬臂梁的厚度h的比值。

6. 根据权利要求1-5中任一项所述的光纤光栅振动传感器(100)，其中

所述基座被加工有三个相互垂直的安装面，每个安装面在轴向上均安装有一个振动测量元件；

三个安装面上的三个振动测量元件被安装成在空间上相互垂直；并且

三个振动测量元件所封装的三个光纤光栅串接在一起。

7. 根据权利要求6中所述的光纤光栅振动传感器(100)，其中

三个振动测量元件其中至少之一的凸台的高度被不同地设置，以便为光纤光栅振动传感器在相应的轴向上提供相对应的灵敏度。

8. 根据权利要求6所述的光纤光栅振动传感器(100)，其中

所述光纤光栅通过引出光纤（190）连接到光纤光栅解调仪，用于传递所述光纤光栅感测到的振动，以便光纤光栅解调仪计算各轴向的振动量。

9. 根据权利要求6所述的光纤光栅振动传感器(100)，其中

所述光纤光栅振动传感器被安装在铁轨下，用于测量铁轨在三个轴向的振动。

10. 一种用于光纤光栅振动传感器(100)的振动测量元件(141、142、143),其中所述振动测量元件在轴向上安装在光纤光栅振动传感器的基座的安装面（131、132、133）上；

所述振动测量元件包括：

悬臂梁弯曲中心层（242）；

第一凸台和第二凸台（211、212），位于悬臂梁弯曲中心层上；和

光纤光栅；

其中所述光纤光栅在轴向上封装在第一凸台和第二凸台上，用于感测在该轴向上的振动；

振动测量元件的第一凸台侧的一端用于固定安装在安装面上，振动测量元件的第二凸台侧的一端悬空。

11. 根据权利要求10所述的振动测量元件，其中第一凸台和第二凸台高度相同，且根据不同的灵敏度需求选取不同的高度值，其中所述高度确定光纤光栅振动传感器在轴向上的灵敏度的放大系数。

12. 根据权利要求11所述的振动测量元件，其中第一凸台和第二凸台的高度δ是振动测量元件的悬臂梁的厚度h的N倍：，其中N为大于零的数值。