[实用新型]一种灵敏度可调的光纤光栅加速度传感器

说明书

技术领域

本发明属于机械振动测试技术领域，特别是涉及一种灵敏度可调的光纤光栅加速度传感器,特别适用于装配式混凝土结构健康监测中由于人行荷载作用下导致的楼板竖向振动的监测。

背景技术

随着光纤光栅传感技术的发展，光纤光栅加速度传感器已经广泛应用到土木工程结构的健康监测中。传统的电类传感器，主要包括磁电式和电感式两种传感器。其中，磁电式传感器最大的缺点是可探测的振动频率下限大于13Hz，因此需要专门设计的校正电路来降低它的可探测下限频率。校正后，可测量的最低频率为0.6Hz。人正常步行的频率在1.6Hz和2.4Hz之间，当人在楼面上正常行走时，同一房间内的人感受到的楼板振动频率在3Hz到10Hz之间。光纤光栅可以测量的频率范围为0Hz到500Hz，灵敏度更高，性能优势明显。除此之外，与传统的电类传感器相比，光纤光栅传感器还具有以下：抗电磁干扰、灵敏度高、耐腐蚀、防水、信号传输距离远等优点。

目前研究的光纤光栅加速度传感器大多都是将光栅粘贴到悬臂梁表面，当质量块由于振动从而带动悬臂梁发生应变，粘贴在悬臂梁表面的光纤光栅的折射率和周期发生变化，进而使光纤光栅的布拉格反射波长漂移。通过解调仪解调后，读出波长漂移量便可以计算出振动激励的加速度值。传感器的灵敏度系数和量程存在着如下关系：

Δλ_Bmax＝K_max×Y_max

光栅的最大波长变化量为定值，大约为±2.4nm。目前大部分加速度传感器的量程为±1.0g，当传感器的灵敏度提高时，也伴随着传感器的量程的缩小，此消彼长。本传感器通过质量块的滑动可以调节灵敏度和量程，以满足不同的需求。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种灵敏度可调的光纤光栅加速度传感器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种灵敏度可调的光纤光栅加速度传感器，包括壳体及设置于壳体内的光纤光栅、L型转轴、支撑架、质量块、等强度梁、连动钢轴和钢片；

所述转轴通过支撑架支撑在壳体底板上，其上贯穿一钢片，一端连接在壳体端板上，另一端连接有质量块，所述质量块沿转轴自由滑动；

粘贴有光纤光栅的等强度梁固定在外壳的端板上，并与转轴中心同一高度，等强度梁端部连接有运动钢轴，所述运动钢轴与转轴上的钢片边缘连接。

进一步地，所述转轴为L型转轴。

进一步地，所述加速度传感器的

灵敏度公式为：

其中：α_g为外壳随支座运动在x坐标系中的加速度，λ_B为光纤光栅中心波长，P_e为光纤的有效弹光系数，m为质量块的质量，L为等强度梁的长度，R为质量块到与光纤光栅平行的转轴水平中心线的距离，E为弹性模量，B为等强度梁的宽度，h为等强度梁的厚度，r为钢片的半径。

进一步地，所述支撑架由支杆和套置在转轴上的圆环构成。

进一步地，所述质量块上还设置有固定质量块的调节螺栓，调节质量块在转轴上的位置。

本发明的有益效果为：

本发明通过质量块在L型转轴上的滑动来调整灵敏度和量程，以满足实际使用中对灵敏度和量程的需求。灵敏度可调：当监测小幅振动时，可以适当调整灵敏度，从而减小量程，提高测量精度。抗干扰性强：当传感器测量的楼板同时有横向振动和竖向振动时，L型转轴结构可以有效降低横向振动的干扰，提高了楼板竖向振动的测量精度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的立体结构示意图。

图3是等强度梁的平面图。

图4是本发明的工作原理示意图。

图5是本发明质量块滑动示意图。

图中：1.光纤光栅，2.转轴，3.支撑架，4.质量块，5.等强度梁，6.运动钢轴，7.钢片，8.底板，9.端板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例：如图1、图2所示，本发明一种灵敏度可调的光纤光栅加速度传感器，包括壳体及设置于壳体内的光纤光栅1、L型转轴2、支撑架3、质量块4、等强度梁5、连动钢轴6和钢片7；

所述转轴2通过支撑架3支撑在壳体底板8上，其上贯穿一钢片7，一端连接在壳体端板9上，另一端连接有质量块4，所述质量块4沿转轴2自由滑动；