[发明专利]铰链式高频FBG加速度传感器、测试装置及方法

说明书

本发明公开了铰链式高频FBG加速度传感器、测试装置及方法，传感器包括：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。

技术领域

本申请涉及光纤布拉格光栅加速度传感器技术领域，特别是涉及铰链式高频FBG加速度传感器、测试装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本申请相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

振动信号测量是微地震裂缝检测、结构健康和机械状态监测等领域中一项基础且重要的环节，通过对振动信号进行实时监测，能及时了解到设备、环境和工程等实时状态，有效避免了安全事故的发生。

传统的振动传感器大多基于压电效应，但是这些电磁传感元件输出的电压信号很弱，容易受到外界磁场干扰、接线繁琐、零温漂和长导线的快速信号衰减。这些缺点限制了它们在长期、远距离监测中的实际应用，特别是在野外等恶劣环境中的应用。

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)作为一类特殊的光纤传感器，具有抗电磁干扰、抗光功率波动、体积小、重量轻等优点，已经被应用到各个领域之中。

作为FBG传感器的一个分支，FBG加速度传感器近年来取得了较大的发展。现有技术中的一种弹性钢管结构的光纤光栅加速度，传感器能在0～1200Hz有良好的线性响应，灵敏度能达到4.01pm/g。现有技术中的一种灯笼形金属外壳的双光纤光栅加速度传感器，该传感器具有较强的抗横向干扰能力，其谐振频率约为1175Hz，灵敏度为9.4pm/g。现有技术中的一种谐振频率约为3000Hz的双铰链加速度计，可用于中高频的测量。然而，发明人发现虽然上述传感器能测量高振动频率信号，但还存在加速度传感器灵敏度低的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本申请提供了铰链式高频FBG加速度传感器、测试装置及方法；

第一方面，提供了铰链式高频FBG加速度传感器；

铰链式高频FBG加速度传感器，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。

第二方面，提供了铰链式高频FBG加速度传感器的性能分析方法；

铰链式高频FBG加速度传感器的性能分析方法，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；