[发明专利]一种三层悬臂梁差动式光纤光栅加速度传感器

说明书

本发明公开了一种三层悬臂梁差动式光纤光栅加速度传感器，包括固定端、第一感知梁、第二感知梁、承重梁、质量块、第一光纤光栅和第二光纤光栅；第一感知梁、承重梁、第二感知梁平行设置在固定端和质量块之间；第一光纤光栅设置在第一感知梁上表面，第二光纤光栅设置在第二感知梁下表面。本发明灵敏度高、表面应变均匀、抗干扰能力强、测量范围较宽、结构简单易于制作，可以应用在一些大型土木工程结构健康监测、油气田勘探、大型仪器设备运行状况检测等领域。

技术领域

本发明属于振动信号测量技术领域，具体涉及一种新型三层悬臂梁差动式的光纤光栅加速度振动传感器，应用在一些大型土木工程的结构健康检测当中。

背景技术

自上世纪末以来，在大型土木工程的结构健康检测、航空航天、管道检测和油气田勘探的地震波检测等领域中，光纤光栅加速度传感器以其稳定性好、精度高、能耗低、抗电磁干扰等诸多优点逐步取代了传统类机电加速度传感器，发挥了巨大的作用。近年来，随着光纤传感技术的发展和材料学以及加工技术的进步，国内外科研人员设计了多种性能优异的光纤布拉格光栅加速度传感器。

利用光纤传感技术对桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物等进行健康状况监测很好地满足了结构健康监测所需要的高灵敏度高精度的要求，因此其优势是传统的应力与应变传感技术无与伦比的。结构的健康监测主要包括结构的损伤监测、结构的应力应变监测、结构的温度监测、结构的渗流监测等。光纤光栅传感器在结构健康监测中使用较多的是光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器，近年来随着光纤光栅传感技术的深入发展，光纤光栅加速度传感器也开始逐步用于桥梁大坝等大型建筑物的健康监测。光纤光栅加速度传感器应用于结构健康监测中有如下几个显著的优点：更好地抗电磁干扰，包括雷电，可用于恶劣的工作环境；更抗腐蚀，如用于桥梁、大坝等开放结构中；能沿着单根光纤复用大量的加速度传感器进行振动检测；寿命长，可维持到结构的工作寿命。由于光纤光栅加速度传感器体积较小，所以通常将其埋入结构体内或者粘贴在结构表面对结构同时进行健康检测、冲击检测和振动阻尼检测等，达到对结构的缺陷情况实时监测的目的。

目前国内外关于光纤光栅加速度传感器的研究，主要是基于其应用场合，在待测信号频率范围一定时，首先确定传感器的固有频率范围，然后通过改变传感器的结构尺寸以及封装材料来提高传感器的灵敏度。基于悬臂梁结构的光纤光栅加速度传感器普遍存在的固有频率与灵敏度互相制约的问题。

发明内容

本发明的目的是针对光纤光栅加速度传感器应用过程中热稳定性、应变不均匀、测量范围和灵敏度不足的问题，提出一种三层矩形梁差动式结构的光纤光栅加速度传感器，消除了温度对测量结果的影响，提高了加速度传感器的谐振频率和灵敏度。

本发明所采用的技术方案是：一种三层悬臂梁差动式光纤光栅加速度传感器，其特征在于：包括固定端、第一感知梁、第二感知梁、承重梁、质量块、第一光纤光栅和第二光纤光栅；所述第一感知梁、承重梁、第二感知梁平行设置在所述固定端和质量块之间；所述第一光纤光栅设置在所述第一感知梁上表面，所述第二光纤光栅设置在所述第二感知梁下表面；所述第一光纤光栅和第二光纤光栅与外界解调系统连接。

作为优选，所述承重梁采用铍青铜或不锈钢制作而成。

作为优选，所述第一感知梁、第二感知梁均采用环氧树脂制作而成。

作为优选，所述第一感知梁、第二感知梁的厚度相同，且相对承重梁上下对称放置。

作为优选，所述第一光纤光栅设置在所述第一感知梁上表面的中心轴线处且距所述固定端和质量块之间的距离相同，所述第二光纤光栅设置在所述第二感知梁下表面的中心轴线处且距所述固定端和质量块之间的距离相同。

本发明灵敏度高、表面应变均匀、抗干扰能力强、测量范围较宽、结构简单易于制作，可以应用在一些大型土木工程结构健康监测、油气田勘探、大型仪器设备运行状况检测等领域。

附图说明