[发明专利]基于柔性铰链的三维FBG加速度计及其制造工艺

说明书

一种基于柔性铰链的三维FBG加速度计，包括传感器壳体、传感单元与单根光纤光栅，优选为FBG，所述传感单元包括X、Y、Z向金属传感芯体，X、Y向金属传感芯体相互垂直连接，并位于同一水平面，Z向金属传感芯体与X、Y向金属传感芯体均垂直，三个金属传感芯体都为包括基座、铰链、质量块的柔性铰链结构，单根光纤光栅的一端位于传感器壳体的外部，另一端依次穿经一号出纤孔、X质沟槽、X基沟槽、Y基沟槽、Y质沟槽、Z质沟槽、Z基沟槽、二号出纤孔后延伸至传感器壳体的外部。本设计不仅精确度较高，体积较小，而且利于接入传感网络，便于制作与使用。

技术领域

本发明涉及一种加速度计，属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于柔性铰链的三维FBG加速度计及其制造工艺。

背景技术

光纤光栅作为一种比较热门的高新技术之一，与传统的各类传感器相比有一系列独特的优点，如具有体积小、重量轻、精度高、无源、抗电磁干扰、长期稳定性好、借助光纤载体可远距离传输信号等，在航空航天、国防建设、能源、工业生产和日常生活等领域具有巨大的应用前景。同时，在一些特殊的应用场合，如航空航天领域的飞行器、军事领域中对远程导弹制导控制、汽车安全检测、汽车的安全防护系统、机器人等特殊的领域等需要三维的加速度信息，相应提出了对三维加速度传感器的需求，以实现对系统的可靠控制。光纤光栅三维加速度传感器通过一个传感器模块获得3个轴向的加速度，后矢量合成所需的空间加速度，实现对加速度实时、高精度的检测，具有很好的应用前景。

但是，目前市场上常见的FBG加速度传感器结构多为梁式、顺变柱、膜片式和铰链式等结构，现有的光纤光栅二、三维传感器存在体积大、灵敏度低、横向抗干扰能力差、测量精度低、制作工艺复杂等缺点。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的精确度较差、体积较大、不利于接入传感网络的缺陷与问题，提供一种精确度较高、体积较小、利于接入传感网络的基于柔性铰链的三维FBG加速度计及其制造工艺。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种基于柔性铰链的三维FBG加速度计，包括中空结构的传感器壳体及其内部设置的传感单元，所述传感器壳体的顶部、底部分别与传感器壳盖、传感器底座相连接，且在传感单元上设置有光纤光栅；

所述传感单元包括X向金属传感芯体、Y向金属传感芯体与Z向金属传感芯体，X向金属传感芯体、Y向金属传感芯体位于同一水平面，X向金属传感芯体、Y向金属传感芯体相互垂直，Z向金属传感芯体与X向金属传感芯体、Y向金属传感芯体所共在的水平面相互垂直；

所述X向金属传感芯体包括依次连接的X向基座、X向铰链、X向质量块，所述Y向金属传感芯体包括依次连接的Y向基座、Y向铰链、Y向质量块，所述Z向金属传感芯体包括依次连接的Z向基座、Z向铰链、Z向质量块；所述X向基座与Y向基座相互连接为一体结构的中承块，该中承块的内侧开设有切口槽以与Z向基座的顶部进行插入连接，Z向基座与中承块相互垂直，Z向基座的底部与传感器底座的顶面垂直连接；

所述X向基座、X向质量块、Y向基座、Y向质量块、Z向基座、Z向质量块的外侧部上都开设有一一对应的X基沟槽、X质沟槽、Y基沟槽、Y质沟槽、Z基沟槽、Z质沟槽，所述光纤光栅的一端位于传感器壳体的外部，另一端依次穿经一号出纤孔、X质沟槽、X基沟槽、Y基沟槽、Y质沟槽、Z质沟槽、Z基沟槽、二号出纤孔后延伸至传感器壳体的外部，且在传感器壳体的侧壁上分别开设有一号出纤孔、二号出纤孔。

所述光纤光栅为FBG。

所述光纤光栅的栅区长度为5―10mm。

所述X向铰链、Y向铰链、Z向铰链都为圆弧柔性铰链，且敏感结构、特征参数一致。

所述中承块上位于X基沟槽、Y基沟槽之间的部位为过渡部，该过渡部为圆角结构。