[发明专利]基于SAGNAC干涉仪的光纤加速度计及振动检测装置

说明书

一种基于SAGNAC干涉仪的光纤加速度计及振动检测装置，所述光纤加速度计包括：壳体和传感组件，其中，所述传感组件包括由一高双折射微结构光纤在一个平面上由内向外逐层盘绕形成的光纤线圈、叠设在所述光纤线圈上方的质量块以及位于所述微结构光纤一侧的光纤耦合器，所述光纤耦合器包括用于与外部光纤耦接的第一输入端、与所述微结构光纤的第一端连接的第一输出端及与所述光纤的第二端连接的第二输出端。利用SAGNAC干涉仪的技术，实现了对高频、大加速度的振动的传感，质量块的灵活选择可调节加速度计的灵敏度以及谐振频率，并且在较高加速度振动的情况下，光纤不易折断。

技术领域

本发明属于传感设备领域，尤其涉及一种基于SAGNAC(Sagnac Effect，萨格纳克效应)干涉仪的光纤加速度计及振动检测装置。

背景技术

近年来，随着智能化监控的快速发展，对各类机械以及土木结构的振动监测变得越来越重要，其监测的要求和智能化也进一步在提高。其中，在我国高速铁路的迅猛发展中也对列车在行进过程中的振动情况需要做实时监控，并同时利用振动信号来判断列车运行的安全情况。而加速度计，也即振动传感器，在土木的结构振动监控中也发挥着至关重要的作用。对此，开发高灵敏以及谐振频率高的加速度计具有很大的应用前景。

光纤加速度计由于其能长距离传感，易于多传感器复用及分布式传感，抗电磁干扰，小尺寸等优点，已逐步被广泛应用起来。在石油开采、机电运行、航空航天、高铁等具有特殊环境要求的领域，光纤加速度计的这些优点得到了充分利用。目前，光纤加速度计的主要实现方案是基于光纤布拉格光栅的技术，采取不同的光栅类型、加速度计的封装方案以及应变转换装置等。

传统的基于光纤布拉格光栅的加速度计，主要是以悬臂梁系统或者弹簧-质量系统为主。比如悬臂梁结构的光纤光栅加速度计，该结构具有一个特定质量块位于悬臂梁的顶端，其优点是可以通过调节质量块的大小来改变加速计的谐振频率，但同时也会降低其灵敏度。又如通过正交分布三个具有光纤光栅的悬臂梁在三个相互垂直的平面上，形成的一种基于光纤光栅的三维加速度计。其优势是可以同时测量三个方向的振动，但由于悬臂梁的使用，质量块位于悬臂梁顶端，该类型的振动传感器谐振频率比较低。而且，简单正交分布三个悬臂梁，加速度计对每个方向的振动的可辨识度并不高，相互之间存在干扰。另外，还有一种光纤光栅加速度计的特殊设计结构，采用了铰接元件将两个质量块连接为一整体，光纤光栅则位于两个质量块中间。测量振动时，两个质量块随着一起振动并使中间的光栅受到张力。该结构的设计较复杂，加速度计的特性严重依赖于结构的机械参数，同时在振动达到较高的加速度时，位于两个质量块中间的光纤光栅易于折断。同样，还有一种柔性铰链结构，虽然结构不同并能提高谐振频率，但是同样在高加速度振动时，易于折断质量块中间的光栅。

目前，国内也没有成熟的利用特殊的微结构光纤来开发出可以用于高频大加速度的振动传感器。通过对微结构光纤进行特殊设计，可以灵活的调节振动压力对光纤中传输的光信号的影响，实现高频高灵敏的光纤加速度计。而这类型的加速度计对于具有高频振动以及大加速度的结构健康监测，尤其是高速铁路，可以提供重要的传感信息，对结构健康的智能化、远程化监控起到极大的促进作用。

因此，传统的加速度计存在谐振频率不高，灵密度低，传感光纤容易折断而不可靠的问题。

发明内容

本发明提供一种基于SAGNAC干涉仪的光纤加速度计及振动检测装置，旨在解决传统的技术方案中存在的谐振频率不高，灵密度低，光纤容易折断而不可靠的问题。

一种基于SAGNAC干涉仪的光纤加速度计，包括：

壳体，包括基座和密封盖合于所述基座的上表面的封盖；和

传感组件，固定设置在所述基座和所述封盖之间；