一種應(yīng)變懸臂光纖加速度傳感器及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種應(yīng)變懸臂光纖加速度傳感器及其制備方法，可用于檢測(cè)加速度和振動(dòng)。包括至少兩個(gè)可反射探測(cè)光束的應(yīng)變懸臂，所述應(yīng)變懸臂的一端固定在固定主體上，另一端設(shè)置有質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊的質(zhì)量不同或者形狀不同；所述傳感器還包括可用于出射探測(cè)光束和接收經(jīng)應(yīng)變懸臂反射回的探測(cè)光束的光纖器件。其有益效果是：根據(jù)應(yīng)變懸臂上不同形狀或者不同質(zhì)量的質(zhì)量塊所產(chǎn)生的扭矩不同，利用多個(gè)應(yīng)變懸臂以及質(zhì)量塊的組合，可以在一個(gè)傳感器中實(shí)現(xiàn)多維度的加速度探測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、多維檢測(cè)拓展性好等優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于加速度測(cè)量。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種光纖加速度傳感器及其制備方法，特別涉及，可用于檢測(cè)加速度和振動(dòng)。
技術(shù)介紹
對(duì)易燃易爆環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，是保障環(huán)境安全的重要措施之一。由于電信號(hào)會(huì)弓丨發(fā)燃燒和爆炸，傳統(tǒng)的電學(xué)量傳感器不適合在此環(huán)境下應(yīng)用。光纖傳感是以光為載體、光纖為媒介，感知和傳輸外界信號(hào)，具有體積小、重量輕、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器可以承受高溫、高壓以及強(qiáng)烈的沖擊與振動(dòng)等極端條件，可用于易燃易爆、高溫和高壓等環(huán)境中加速度、壓強(qiáng)、以及振動(dòng)的檢測(cè)。光纖加速度傳感器可主要分為:強(qiáng)度調(diào)制型，相位調(diào)制型，波長(zhǎng)調(diào)制型等。其中，相位和波長(zhǎng)調(diào)制型傳感器，靈敏度高。相位調(diào)制型加速度傳感器，通常采用光纖Mach-Zehnder干涉儀和邁克爾遜(Michelson)干涉儀結(jié)構(gòu)，傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且信號(hào)易受外界干擾。波長(zhǎng)調(diào)制型加速度傳感器，通常采用光纖光柵結(jié)構(gòu)，需要可調(diào)諧激光器或光譜分析儀等來監(jiān)控反射波長(zhǎng)，因此系統(tǒng)價(jià)格昂貴。并且，單個(gè)傳感器通常只能檢測(cè)一個(gè)方向(即一個(gè)維度)的加速度。專利200910189829.X公開了一種光纖加速度傳感器，其特征在于，包括光纖和彈性膜片；所述光纖端面與彈性膜片平行設(shè)置，構(gòu)成法布里-珀羅腔；所述彈性膜片上設(shè)置有質(zhì)量塊，用于在被測(cè)量物體的加速度作用下，產(chǎn)生慣性力作用于所述彈性膜片，使所述法布里-珀羅腔的長(zhǎng)度依據(jù)被測(cè)量加速度的變化而改變，并通過所述光纖將變化的干涉光譜傳出。但是上述專利不能測(cè)量多個(gè)方向的加速度，所以能夠進(jìn)行多維加速度探測(cè)，同時(shí)測(cè)量不同加速度的大小以及方向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、同時(shí)具有高靈敏度的光纖加速度傳感器將是亟需解決的問題。因此研發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高靈敏度、多維度、低成本的光纖加速度傳感器，是本專利技術(shù)的創(chuàng)研動(dòng)機(jī)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高靈敏度、低成本、并且在一個(gè)傳感器中就能進(jìn)行多維度檢測(cè)的光纖加速度傳感器及其制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)的技術(shù)方案為:一種應(yīng)變懸臂光纖加速度傳感器，其特征在于:包括至少兩個(gè)可反射探測(cè)光束的應(yīng)變懸臂，所述應(yīng)變懸臂的一端固定在所述固定主體上，另一端設(shè)置有質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊的質(zhì)量不同或者形狀不同；所述傳感器還包括可用于出射探測(cè)光束和接收經(jīng)應(yīng)變懸臂反射回的探測(cè)光束的光纖器件。上述技術(shù)方案限定的傳感器采用光纖器件接收應(yīng)變懸臂反射回的探測(cè)光束；所述應(yīng)變懸臂的受力除了與加速度有關(guān)，還與質(zhì)量塊的質(zhì)量和形狀有關(guān)；依據(jù)應(yīng)變懸臂上不同形狀的質(zhì)量塊所產(chǎn)生的扭矩不同，采用多個(gè)應(yīng)變懸臂和質(zhì)量塊的組合，可以在一個(gè)傳感器中實(shí)現(xiàn)加速度的三維探測(cè)；所述的扭矩，與應(yīng)變懸臂表面法線方向的質(zhì)量塊高度有關(guān)；所述的應(yīng)變懸臂，是懸置在光纖器件的端面附近，光纖器件出射的光束經(jīng)應(yīng)變懸臂反射后可以返回到光纖器件中實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。本專利技術(shù)涉及的一種應(yīng)變懸臂光纖加速度傳感器，還可以具有以下附屬技術(shù)特征:所述應(yīng)變懸臂兩個(gè)為一組，設(shè)置有一組以上應(yīng)變懸臂，根據(jù)應(yīng)變懸臂上質(zhì)量塊的質(zhì)量不同或者形狀不同，受力時(shí)產(chǎn)生的扭矩不同實(shí)現(xiàn)多維檢測(cè)。所述的傳感器，一組應(yīng)變懸臂可實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)方向(垂直于和平行于應(yīng)變懸臂表面的方向)的加速度進(jìn)行辨別。集成在同一個(gè)傳感器中固定的應(yīng)變懸臂數(shù)量可以多于兩個(gè)，用于對(duì)加速度的方向進(jìn)行三維識(shí)別。所述應(yīng)變懸臂上鍍有光學(xué)反射膜；所述光纖器件的端面與應(yīng)變懸臂平行設(shè)置。所述光反射膜可以增加探測(cè)光束的反射率，增加所述光纖加速度計(jì)的靈敏度所述應(yīng)變懸臂與質(zhì)量塊以粘著的方式連接或者為一體化連接。所述質(zhì)量塊或者應(yīng)變懸臂上設(shè)置有可拆卸式裝置，所述可拆卸式裝置可以安裝或者拆卸附加質(zhì)量塊。通過采用固有質(zhì)量塊和附加質(zhì)量塊相結(jié)合的設(shè)計(jì)方式，可以方便地調(diào)節(jié)所述光纖加速度傳感器的加速度靈敏度。所述應(yīng)變懸臂和質(zhì)量塊為兩個(gè)，兩個(gè)質(zhì)量塊的質(zhì)量相等但形狀不同或者兩個(gè)質(zhì)量塊的質(zhì)量不等但形狀相同；可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的檢測(cè)。所述光纖器件選自光纖、光纖準(zhǔn)直器、拉錐光纖中的任一種；所述應(yīng)變懸臂的形狀選自梯形、矩形、錐形、十字梁形中的任一種。所述應(yīng)變懸臂采用金屬應(yīng)變片、鍍有金屬薄膜的無機(jī)玻璃應(yīng)變片、鍍有金屬薄膜的有機(jī)薄膜應(yīng)變片。所述固定主體為套筒，所述套筒的端面為不銹鋼材料，所述套筒的內(nèi)壁為石英材料。本專利技術(shù)還提供了一種應(yīng)變懸臂光纖加速度傳感器的制備方法，主要包括以下步驟:第一步、把至少兩個(gè)可反射探測(cè)光的應(yīng)變懸臂固定在固定主體端面；第二步、在所述應(yīng)變懸臂上粘附質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊的質(zhì)量不同或者形狀不同；第三步、把光纖器件粘附在套筒內(nèi)壁，每個(gè)光纖器件分別對(duì)準(zhǔn)一個(gè)應(yīng)變懸臂；光纖器件出射的光束經(jīng)應(yīng)變懸臂反射后返回光纖器件中；當(dāng)應(yīng)變懸臂受力變形時(shí)，具有質(zhì)量不同或者形狀不同的應(yīng)變懸臂反射回光纖器件的光束強(qiáng)度會(huì)發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)多維加速度檢測(cè)。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):本專利技術(shù)提供的應(yīng)變懸臂光纖加速度傳感器，根據(jù)應(yīng)變懸臂上不同形狀或者不同質(zhì)量的質(zhì)量塊所產(chǎn)生的扭矩不同，利用多個(gè)應(yīng)變懸臂以及質(zhì)量塊的組合，可以在一個(gè)傳感器中實(shí)現(xiàn)多維度的加速度探測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、多維檢測(cè)拓展性好等優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于加速度測(cè)量。而且其制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。【附圖說明】圖1為具有一對(duì)應(yīng)變懸臂的傳感器截面圖。圖2為具有一對(duì)應(yīng)變懸臂的傳感器俯視圖。圖3為具有兩對(duì)應(yīng)變懸臂的傳感器示意圖。1-套筒；2_應(yīng)變懸臂；3_質(zhì)量塊；4_光纖器件。【具體實(shí)施方式】下面將結(jié)合實(shí)施例以及附圖對(duì)本專利技術(shù)加以詳細(xì)說明，需要指出的是，所描述的實(shí)施例僅旨在便于對(duì)本專利技術(shù)的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。實(shí)施例1一種應(yīng)變懸臂光纖加速度傳感器，其特征在于:包括兩個(gè)可反射探測(cè)光束的金屬應(yīng)變懸臂2，所述金屬應(yīng)變懸臂2的一端固定在不銹鋼套筒1端面上，另一端設(shè)置有質(zhì)量塊3，所述質(zhì)量塊3的質(zhì)量不同或者形狀不同；所述傳感器還包括可用于出射探測(cè)光束和接收經(jīng)應(yīng)變懸臂2反射回的探測(cè)光束的拉錐光纖4 ;所述應(yīng)變懸臂2的形狀為梯形；所述應(yīng)變懸臂2光纖傳感器還包括可發(fā)射探測(cè)光束的光源，可處理經(jīng)應(yīng)變懸臂2反射回的探測(cè)光束的探測(cè)器。本專利技術(shù)的工作原理是:在光纖器件的端面附近懸置彈性應(yīng)變懸臂2 (簡(jiǎn)稱“應(yīng)變懸臂”或“應(yīng)變懸膜”)，光纖器件出射的光束經(jīng)應(yīng)變懸臂2反射后返回光纖器件中(如圖1和圖2所示)；當(dāng)應(yīng)變懸臂2受力變形時(shí)，反射回光纖器件的光束強(qiáng)度會(huì)發(fā)生改變，從而可以獲知外界的加速度和振動(dòng)狀態(tài)；并且，應(yīng)變懸臂2上粘附著質(zhì)量塊3，應(yīng)變懸臂2的形變量除了與加速度的大小有關(guān)，還與質(zhì)量塊3的質(zhì)量和形狀有關(guān)。本專利技術(shù)的多維度探測(cè)可以按以下方式實(shí)現(xiàn):本實(shí)施例是在同一個(gè)套筒1上固定多個(gè)應(yīng)變懸臂2和光纖器件，其中每個(gè)光纖器件對(duì)應(yīng)著一個(gè)應(yīng)變懸臂2。為了闡述方便，以兩個(gè)應(yīng)變懸臂2為例進(jìn)行闡述(圖1和圖2)，并設(shè)定這兩個(gè)應(yīng)變懸臂2上的質(zhì)量塊3的質(zhì)量相等(兩個(gè)質(zhì)量塊3的質(zhì)量Ml = M2)，但是形狀不同(兩個(gè)質(zhì)量塊的高度分別為H1和H2，H1 > H2)。當(dāng)測(cè)試加速度時(shí)，質(zhì)量塊3會(huì)對(duì)應(yīng)變懸臂2施加慣當(dāng)前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種應(yīng)變懸臂光纖加速度傳感器，其特征在于：包括至少兩個(gè)可反射探測(cè)光束的應(yīng)變懸臂，所述應(yīng)變懸臂的一端固定在固定主體上，另一端設(shè)置有質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊的質(zhì)量不同或者形狀不同；所述傳感器還包括可用于出射探測(cè)光束和接收經(jīng)應(yīng)變懸臂反射回的探測(cè)光束的光纖器件。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃輝，渠波，胡杰，郝建，占婷婷，劉蓬勃，白敏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：黃輝，渠波，胡杰，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧;21