[发明专利]铰链式高频FBG加速度传感器、测试装置及方法

权利要求书

1.铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，包括：

L型基座，所述L型基座的第一端与柔性铰链的第一端连接，柔性铰链的第二端与质量块的第一端连接；所述L型基座的第二端与光纤支架的第一端固定连接；其中，光纤支架的第一端通过第一根光纤布拉格光栅加速度传感器与质量块的第二端连接；光纤支架的第二端通过第二根光纤布拉格光栅加速度传感器与质量块的第二端连接；所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器的轴线方向和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的轴线方向，均与柔性铰链的轴线方向垂直。

2.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，

所述光纤支架上设有光纤沟槽，所述第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器，均安装在光纤支架的光纤沟槽内。

3.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，

所述铰链式高频FBG加速度传感器，L型基座、柔性铰链、质量块和光纤支架是由一整块弹簧钢经过线切割和热处理加工而成，形成一个不可分割的整体。

4.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器，其特征是，铰链式高频FBG加速度传感器的工作原理是：

当铰链式高频FBG加速度传感器敏感方向受到外力产生振动时，质量块在惯性力的作用下绕着柔性铰链中心上下微幅转动，带动第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器发生轴向的微小伸缩形变，质量块上下两端的第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器一端拉伸一端收缩；

因第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的中心波长相近，各项特性均相同，所以第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器由轴向应变产生的波长变化量大小相同，方向相反；

将第一根光纤布拉格光栅加速度传感器和第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的反射谱差分运算，得到铰链式高频FBG加速度传感器的灵敏度；铰链式高频FBG加速度传感器的灵敏度，变为单根光纤布拉格光栅加速度传感器的两倍，并能消除温度变化带来的不利影响。

5.如权利要求1所述的铰链式高频FBG加速度传感器的性能分析方法，其特征是，包括：

根据弹光系数、第一根光纤布拉格光栅加速度传感器的中心波长、第二根光纤布拉格光栅加速度传感器的中心波长、光纤应变、质量块的重心、质量块的长度、柔性铰链的半径和柔性铰链的刚度，计算铰链式高频FBG加速度传感器的灵敏度；判断铰链式高频FBG加速度传感器的灵敏度是否在设定范围内，如果是，就进入下一步；

根据质量块绕柔性铰链中心转动的转动惯量和动力学方程，计算铰链式高频FBG加速度传感器的传感器谐振频率；判断铰链式高频FBG加速度传感器的传感器谐振频率是否在设定范围内，如果是，就进入下一步；

分析质量块的长度对铰链式高频FBG加速度传感器灵敏度和谐振频率的影响、分析质量块的高度对铰链式高频FBG加速度传感器灵敏度和谐振频率的影响、分析柔性铰链的厚度对铰链式高频FBG加速度传感器灵敏度和谐振频率的影响；综合分析结果，得到质量块的长度、质量块的高度和柔性铰链的厚度。

6.如权利要求5所述的方法，其特征是，所述性能分析方法还包括：

采用有限元分析方法对铰链式高频FBG加速度传感器进行分析。

7.如权利要求6所述的方法，其特征是，采用有限元分析方法对铰链式高频FBG加速度传感器进行分析；具体分析步骤包括：

在solidworks上进行实体模型的建立，将建立的装配模型导入到workbench中；

在ANSYS中对模型进行网格划分，将结果分为若干个单元，对壳体下表面和光纤支架施加固定约束，进行模态分析；得到的传感器多阶谐振频率。