[发明专利]光纤光栅加速度和应变传感器及检测方法

说明书

本发明给出了一种光纤光栅加速度和应变传感器，包括两侧支架、金属旋转臂和光纤光栅；两侧支架与被测物体固定，光纤光栅两端分别与金属旋转臂和一个支架固定,金属旋转臂与另一个支架铰接。当环境温度变化时，可旋转臂伸长补偿环境温度引起的光纤光栅波长变化；应变和震动引起的变化的频率不同区分相应的变化，同时也可测量被测物体加速度和应变情况。本发明还给出了一种利用上述传感器检测被测物体加速度或应变量的方法，包括以下步骤：将光纤光栅端部与光纤光栅解调仪及外部控制器连接；当波长变化频率大于0.1Hz，判断为被测物体的为加速度引起的变化；当波长变化频率小于0.1Hz，判断为应变，根据波长变化量计算变为被测物体的应变量或加速度信息。

技术领域

本发明涉及一种光纤传感器，尤其是具有温度补偿的光纤光栅加速度和应变传感器。

本发明还涉及一种利用光纤光栅加速度和应变传感器检测被测物体加速度或应变量的方法。

背景技术

光纤光栅具有许多其它传感器无法比拟的优点：全光测量，在监测现场无电气设备，不受电磁及核辐射干扰；零点无漂移，长期稳定；以反射光的中心波长表征被测量，不受光源功率波动、光纤微弯效应及耦合损耗等因素的影响；绝对量测量，系统安装及长期使用过程中无需定标；使用寿命长等等，现有技术有通过光纤光栅测量被测物体的加速度或者应变的传感器，但现有技术很少有同时测量物体加速度和应变传感器，并且不能实现准确的温度补偿，在测量结果上误差较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构合理、具有温度补偿的光纤光栅加速度和应变传感器。

本发明所要解决的技术问题是还提供一种利用光纤光栅加速度和应变传感器检测被测物体加速度或应变量的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光纤光栅加速度和应变传感器；

包括两侧支架、金属旋转臂和光纤光栅；

两侧支架分别是第一支架和第二支架，第一支架和第二支架与被测物体固定连接，金属旋转臂一端与第一支架铰接，金属旋转臂另一端与光纤光栅的一端部固定，光纤光栅的另一端侧壁与第二支架固定；

初始状态，光纤光栅两端预拉，光纤光栅具有预拉伸量，光纤光栅与金属旋转臂都保持水平。

作为本传感器的优选，所述的金属旋转臂的材质为钛合金、铬、合金钢、镍合金、铜、不锈钢、铝合金、锌合金或铝。

作为本传感器的优选，光纤光栅一端与金属旋转臂端部的固定位置为第一固定点，光纤光栅另一端与第二支架的固定位置为第二固定点，金属旋转臂与第一支架的铰接位置为以第一铰接点；

假设，第一固定点与第二固定点之间的光纤光栅长度为d，第一铰接点与第一固定点之间的金属旋转臂长度为L，P_e为光电常数，α_FBG为光纤光栅的热膨胀系数，ξ为热光系数ξ＝6.7×10^-6/℃，α_L为金属旋转臂的热膨胀系数；

初始状态时，

作为本传感器的优选，第一支架侧壁沿上下方向固定连接有两个限位块，金属旋转臂穿过两个限位块之间位置。

采用这样的结构后，根据待测温度要求和封装时环境温度，给光纤光栅一个适当的预拉伸量，使得光纤光栅量程的中心值波长对应于待测温度变化范围的中心值，当被测物体发生振动时，可旋转臂将围绕可旋转固定点做转动，此时光纤光栅长度将发生伸缩变化，光线光栅返回中心波长值也将发生变化，进而实现物体加速度的测量；当被测物体发生应变时，光纤光栅的长度也会相应发生变化，光线光栅返回中心波长值也将发生变化，进而实现物体应变或加速度的测量。

初始状态时，当本光纤光栅加速度和应变传感器满足时，则就可实现金属旋转臂对光纤光栅的温度补偿作用，此时光纤光栅波长的变化Δλ就是被测物体应变量或加速度的函数。