[发明专利]一种光纤光栅温度/振动/应变复合传感器及其工作方法

说明书

一种光纤光栅温度/振动/应变复合传感器及其工作方法，包括第一基座及第二基座，第一基座及第二基座相对的一端分别设置有第一支撑梁及第二支撑梁，中间设置有弹簧梁；第二基座正中设置有L‑悬臂梁；光纤粘贴于传感器顶部的凹槽中，光纤悬空处分别刻有第一光纤光栅和第二光纤光栅；测量振动时，L‑悬臂梁产生受迫振动，并作用于第二光纤光栅，通过对第二光纤光栅输出信号进行快速傅里叶变换，得到振动和温度信号；测量应变时，在应变的作用下第一光纤光栅产生压缩或拉伸，测量第一光纤光栅输出信号得到应变信号，同时由得而光纤光栅测量得到的温度用于对应变信号进行温度补偿；本发明具有结构简单、灵敏度及测量精度高及实用高效的优点。

技术领域

本发明涉及一种复合传感器，尤其涉及一种光纤光栅温度/振动/应变复合传感器及其工作方法。

背景技术

光纤传感器作为一种光学传感器，广泛用于物理量的测量，例如对温度、振动、应力、应变、压力和化学溶剂的浓度等物理化学参量的测量。光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、抗腐蚀等优点。除此之外，光纤光栅作为光纤传感器的一种，还具有体积小、重量轻，纤细柔软，容易制成简单的传感器结构，容易实现分布式测量等优点，在很多工程领域中有着重要的应用。

以大型能源系统为例，能源系统中常存在温差大，强干扰等因素影响。因此，使用传统的压电、压阻式传感器时需设计特殊的封装结构，以保证传感器能够正常工作，而光纤光栅传感器抗电干扰能力强，耐腐蚀，使用时无需特殊的封装结构，因此能够进一步实现传感器的小型化、集成化，并且对能源系统实现可靠、实时的数据监测；现有光纤传感器主要以单参量测量为主，复合型光纤传感器研究较少，且对于光纤振动传感器，大部分传感器带有较大质量块，或具有较低的谐振频率，不利于振动的测量。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤光栅温度/振动/应变复合传感器及其工作方法，能够实现温度、振动及应变信号的同时测量，具有结构简单、灵敏度及测量精度高、实用高效的优点。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种光纤光栅温度/振动/应变复合传感器，包括同一水平高度设置的第一基座1及第二基座2，所述第一基座1及第二基座2的两侧设有通孔3，第一基座1及第二基座2相对的一端分别设置有第一支撑梁4及第二支撑梁5，第一支撑梁4及第二支撑梁5之间连接有弹簧梁6；第二基座2正中设置有L-悬臂梁7，L-悬臂梁7、第一支撑梁4、第二支撑梁5、第一基座1及第二基座2顶部正中开设有凹槽9，光纤8粘贴于凹槽9正中位置，光纤8悬空处分别刻有第一光纤光栅8-1和第二光纤光栅8-2。

所述L-悬臂梁7包括连接于第二基座2的连接梁7-1及连接梁7-1顶部悬空设置的质量梁7-2。

所述第一光纤光栅8-1和第二光纤光栅8-2的反射光谱不相互重叠。

基于上述光纤光栅温度/振动/应变复合传感器的工作方法，具体操作步骤如下：

步骤一、将光纤光栅温度/振动/应变复合传感器通过通孔3用螺钉固定在待测物体表面；

步骤二、测量应变信号

测量应变时，弹簧梁6发生弯曲，对第一光纤光栅8-1产生压缩或拉伸作用力，通过对第一光纤光栅8-1反射中心波长变化量进行测量得到应变信号；

步骤三、测量振动信号及温度信号

测量振动时，L-悬臂梁7随之产生振动，进而拉伸或压缩第二光纤光栅8-2，使之产生交变应变信号，对第二光纤光栅8-2的反射中心波长进行快速傅里叶变换后，0Hz处的偏置量即为温度信号，其余信号为振动信号；

步骤四、应变信号的温度补偿