[实用新型]光纤光栅加速度和应变传感器

说明书

本实用新型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。

技术领域

本实用新型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。

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。

实用新型内容

本实用新型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。

为解决上述技术问题，本实用新型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。

假设，Δλ为光纤光栅的波长变化量，λ_B为光纤光栅反射波中心波长，ΔT为温度变化值，Δε_m为两支架的应变，Δε_L为金属旋转臂在第一铰接点与第一固定点之间的应变，其中，由应变、温度引起光纤光栅波长变化为：

Δλ＝λ_B(1-P_e)Δε_FBG+λ_B(α_FBG+ξ)ΔT (1)。