[发明专利]一种差动式光纤光栅加速度传感装置

说明书

本发明公开了一种差动式光纤光栅加速度传感装置，包括基座和外壳，二者构成密封的腔体，还包括有宽带光源、扫描F‑P滤波器、光电接收器、解调器和控制器；所述的基座上设置有立柱，立柱的顶端水平固定设置有弹性臂，弹性臂的自由端固定设置有质量块，还设置有光纤光栅、漫反射吸收器和光纤接口，所述漫反射吸收器固定设置在光纤光栅的一端，光纤光栅另一端与光纤接口固定连接。本发明通过长方形乙缩醛共聚物薄板作为弹性梁，弹性梁结构一定位置上设置包括三个不同光栅节距的光纤光栅组成差动式加速度测量光路，从而对待测量部件进行加速度的测量，且测量具有温度误差自补偿、灵敏度高、动态响应好、抗电磁干扰且对局部电磁环境非侵入的特性。

技术领域

本发明涉及运动状态检测技术领域，尤其涉及一种差动式光纤光栅加速度传感装置。

背景技术

目前，加速度传感器是一种能够测量与加速度相关的力、位移等参数的传感器。传统加速度传感器由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成，传感器在加速过程中，通过对质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式、以及近些年基于微机电技术的MEMS加速度传感器等。

上述这些加速度传感器在使用中均存在容易受到测量环境周围空间电磁场的影响、信号线间的串扰和长信号地线电阻引起的干扰，导致所传输的振动信号发生畸变或失真。同时，加速度计的输出接头、电缆接头和电缆之间相互连接不当也会产生寄生谐波，叠加在振动信号中，从而影响检定准确度。此外，在一些需要同时精确检测电磁场参数的场合、对高压输配电设备的监测等，上述这些加速度传感器使用会造成对电磁环境的侵入式破坏、造成高压设备绝缘性能的下降等不良影响，以至于限制了传统传感器的使用。

光纤光栅传感器在抗电磁干扰、不会产生电磁环境侵入式破坏、高灵敏度、小尺寸、重量轻、成本低，高温、腐蚀环境适应性等方面较一般传感器具有明显的优势，此外还具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式测量的独特优势。

光纤光栅传感系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等组成，宽带光源为系统提供光能量，光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测量的信息，外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映出来。光纤光栅传感系统的发展趋势是优化测量方法，光纤光栅传感系统的优化主要从三方面考虑，即，光源、光纤光栅传感器及信号解调。

对于传感系统的优化，主要是根据传感器的数目、配置、传感器的灵敏度和解调系统的分辨力，根据实际的测量需要，配置不同的光源、传感结构、传感器解调系统，使得成本低、测量误差小、测量精度高。针对未来光纤光栅传感系统网络化的要求，应使用稳定性好、宽带、高输出功率的光源。光纤光栅传感器可以实现对温度、应变等物理量的直接测量。

由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动，使得通过测量光纤光栅耦合波长移动无法对温度与应变加以区分。因此，解决交叉敏感问题，实现温度和应力的区分测量是传感器实用化的前提。通过一定的技术来测定应力和温度变化来实现对温度和应力区分测量，或者在测量应力的同时消除温度变化的影响是技术方案可实施性的关键。所以，一个实用的信号解调方案必须具有极高的波长分辨力。其次，要解决动态与静态信号的检测问题，尤其是二者的结合性检测已成为光栅传感实用解调技术中的难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种差动式光纤光栅加速度传感装置，能够用光学光栅为敏感元件，以弹性梁结构构建的差动式加速度传感装置，且测量具有温度误差自补偿、灵敏度高、动态响应好、抗电磁干扰且对局部电磁环境非侵入的特性。

本发明采用的技术方案为：

一种差动式光纤光栅加速度传感装置，包括基座和外壳，二者构成密封的腔体，还包括有宽带光源、扫描F-P滤波器、光电接收器、解调器和控制器；