[发明专利]一种光纤压力和加速度传感器及其安装标定方法

说明书

本发明提供了一种光纤压力和加速度传感器及其安装标定方法，涉及光纤传感器技术领域，其包括贯穿外壳的光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器，外壳内设置有边缘厚中间薄的感振膜片，感振膜片的下端通过光纤支架沿边缘支撑，感振膜片上端的中部固定有质量块，光纤弦式应变传感器从光纤支架、感振膜片和质量块的中间沿轴向贯穿且光纤弦式应变传感器预拉伸后分别与光纤支架底端内壁和感振膜片内壁粘接。解决了现有技术中光纤传感器检测加速度和压力时灵敏度低的问题，还可以测量压力和加速度两个物理量。本发明的压力和加速度传感器不受外界环境的干扰，抗电磁干扰能力强。

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，特别是涉及一种光纤压力和加速度传感器及其安装标定方法。

背景技术

随光纤传感技术发展，光纤传感器因其体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀等诸多优点，因此被广泛应用在航空工程、机械振动、桥梁大坝等领域，常被用来作各机械结构的安全监测。振动是指在外力作用下物体沿直线或弧线以中心位置为基准的往复运动，它在生活中无处不在，尤其是在工程技术领域，振动现象对工业生产有很大影响。很多微小振动对机械设备都会造成损伤破坏，因此需要高灵敏度的传感器实时其安装标定设备的运行状态。目前的很多光纤加速度/压力传感器的结构为弦式，悬臂梁式和几种结构组合的复合式结构，灵敏度还有待提高。此外，压力在很多机械装置中无处不在，压力的大小会严重影响装置器件的使用。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种光纤压力和加速度传感器及其安装标定方法，解决了现有技术中的光纤传感器检测加速度的灵敏度低的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种光纤压力和加速度传感器，其包括贯穿外壳的光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器，外壳内设置有边缘厚中间薄的感振膜片，感振膜片的下端通过光纤支架支撑，感振膜片上端的中部固定有质量块，光纤弦式应变传感器从光纤支架、感振膜片和质量块的中间沿轴向贯穿且光纤弦式应变传感器预拉伸后分别与光纤支架底端内壁和感振膜片内壁粘接。

上述光纤压力和加速度传感器的安装标定方法包括：

S1，在石英光纤上使用紫外光刻写光栅，并筛选出光谱性能最好的两个光纤光栅分别作为光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器；

S2，组装光纤压力和加速度传感器；

S3，将光纤压力和加速度传感器安装在振动台上，通过振动台的信号发生器产生一定加速度值和幅值的振动信号，通过FBG解调仪解调得到光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器的反射光谱，记录加速度值与反射光谱波长的对应值；

S4，振动台给待测物产生一定的外界激励，并计算在外界激励振动作用下，光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器中心波长的变化差值Δλ_B：

其中，Δλ_B1和Δλ_B2分别是振动引起的光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器的中心波长变化量，λ_B11和分别是光纤弦式应变传感器受应变变化和温度影响后以及温度补偿传感器受温度影响后的中心波长，和分别是光纤弦式应变传感器和温度补偿传感器的初始波长，K_T为温度系数，K_ε为振动引起得光纤光栅弦向应变系数，ΔT和Δε分别为波长和应变改变量；

S5，进行多次试验并对得到的数据进行拟合后得到中心波长变化差值Δλ_B与对应的外界激励信号的加速度值的关系。