專(zhuān)利名稱(chēng)：溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖光柵加速度傳感頭。
光纖光柵加速度傳感器除具備光纖傳感器固有的優(yōu)點(diǎn)外，由于其輸出表征信號(hào)為光柵反射的光信號(hào)的中心波長(zhǎng)，屬于數(shù)字量，所以具有優(yōu)異的傳輸特性(不受光源波動(dòng)及長(zhǎng)距離傳輸光纖引入衰減的影響)，而且通過(guò)不同波長(zhǎng)復(fù)用可以方便地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測(cè)量?？梢詮V泛應(yīng)用于核爆試驗(yàn)、航空航天工程等國(guó)防尖端技術(shù)領(lǐng)域及水利水工、鐵路、橋梁、大型建筑、電力、石油、地質(zhì)、化工、地震監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
由于光纖光柵本身對(duì)溫度及應(yīng)變同時(shí)敏感，在使用光纖光柵做為加速度傳感器敏感元件時(shí)會(huì)受到溫度的影響而導(dǎo)致測(cè)量精度大大降低，針對(duì)這一實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種既能消除溫度影響又能提高分辨率的溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖光柵加速度傳感頭。
本實(shí)用新型的目的在于，提供一種溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其具有1、響應(yīng)速度快、頻率范圍寬、靈敏度高、線(xiàn)性好、穩(wěn)定性好；2、結(jié)構(gòu)尺寸小、耐疲勞性能好；3、可以在很寬的溫度范圍內(nèi)工作(-100℃～+300℃)，并可應(yīng)用于高壓環(huán)境；4、不受電磁干擾，安全系數(shù)大。
本實(shí)用新型一種溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其特征在于，其中包括一外殼，該外殼為一矩形立方體；一懸臂梁，該懸臂梁為一三角形，該懸臂梁的一邊固定在外殼的一內(nèi)側(cè)壁面的中間位置；一質(zhì)量塊，該質(zhì)量塊為一球體，質(zhì)量塊固定在懸臂梁遠(yuǎn)離固定邊的端部；一傳輸光纖，該傳輸光纖的頭端用粘膠固定在懸臂梁反面的根部，并相隔一距離后再用粘膠固定，該傳輸光纖繞過(guò)懸臂梁端部的質(zhì)量塊，并在臂梁的正面用粘膠在兩點(diǎn)固定，該傳輸光纖的另一端延伸出外殼。
其中傳輸光纖在懸臂梁正反面固定的兩點(diǎn)的位置對(duì)應(yīng)。
其中傳輸光纖在懸臂梁正反面固定的兩點(diǎn)之間為一光纖光柵。
其中該傳輸光纖的兩端分別延伸出外殼。
其中可以在外殼內(nèi)安裝一至三個(gè)懸臂梁。
其中在密封外殼內(nèi)抽真空或充入惰性氣體。
其中所述光纖光柵可用F-P腔或光纖馬赫—曾德?tīng)柛缮鎯x替換。
其中在外殼的上面開(kāi)有一孔，該孔的位置對(duì)應(yīng)于質(zhì)量塊，在孔中插入一T形支架，該T形支架的端部與質(zhì)量塊連接。
圖2為本實(shí)用新型

圖1的A-A向剖面圖。
圖3為本使用新型的另一實(shí)施例的主視剖面圖。
圖4為本實(shí)用新型的再一實(shí)施例的主視剖面圖。
其中包括一外殼1，該外殼1為一矩形立方體，該外殼1由金屬制作，且為密封結(jié)構(gòu)，還可以在外殼1內(nèi)充入惰性氣體，改變傳感頭動(dòng)態(tài)特性，提高使用壽命；一懸臂梁3，該懸臂梁3為一三角形，該懸臂梁3的一邊固定在外殼1的一內(nèi)側(cè)壁面的中間位置，(該懸臂梁3還可以為多個(gè)，來(lái)測(cè)量一個(gè)以上方向的加速度)；一質(zhì)量塊4，該質(zhì)量塊4為一球體，質(zhì)量塊4固定在懸臂梁3遠(yuǎn)離固定邊的端部，通過(guò)改變質(zhì)量塊4的重量，調(diào)節(jié)傳感頭的測(cè)量范圍和分辨率；一傳輸光纖7，該傳輸光纖7的頭端71用粘膠5固定在懸臂梁3反面的根部，并相隔一距離后再用粘膠5固定，該傳輸光纖7繞過(guò)懸臂梁3端部的質(zhì)量塊4，并在臂梁3的正面用粘膠5在兩點(diǎn)固定，該傳輸光纖7的另一端延伸出外殼1；其中傳輸光纖7在懸臂梁3正反面固定的兩點(diǎn)的位置對(duì)應(yīng)。
其中傳輸光纖7在懸臂梁3正反面固定的兩點(diǎn)之間為一光纖光柵2。
請(qǐng)參閱圖3所示，為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例，其大體上與第一實(shí)施例相同，不同之處在于，該傳輸光纖7的兩端分別延伸出外殼1。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D4，為本實(shí)用新型的第三實(shí)施例，其大體上與第一實(shí)施例相同，不同之處在于，其中在外殼1的上面開(kāi)有一孔11，該孔11的位置對(duì)應(yīng)于質(zhì)量塊4，在孔11中插入一T形支架8，該T形支架8的端部與質(zhì)量塊4連接。
本實(shí)用新型的工作方式
本實(shí)用新型的第一實(shí)施例是通過(guò)懸臂梁3上的敏感元件光纖光柵2，測(cè)量懸臂梁3上的質(zhì)量塊4的上下位移量達(dá)到測(cè)量加速度的目的。
本實(shí)用新型第二實(shí)施例是通過(guò)將其中的光纖光柵(尤其是光纖布拉格光柵)改用F-P腔、光纖馬赫—曾德?tīng)柛缮鎯x或其他種類(lèi)的光纖敏感元件、采用多個(gè)懸臂梁來(lái)測(cè)量一個(gè)以上方向的加速度、采用一個(gè)以上傳輸光纖引出頭(例如附圖3即為其中可能的一種結(jié)構(gòu)，具有兩個(gè)傳輸光纖引出頭)達(dá)到測(cè)量加速度的目的。
本實(shí)用新型第三實(shí)施例是通過(guò)變通后的結(jié)構(gòu)(例如附圖4即為其中可能的一種結(jié)構(gòu))來(lái)測(cè)試溫度、壓力、應(yīng)變、力、位移等物理量，都仍然能夠保證本實(shí)用新型的效果，也就是說(shuō)通過(guò)探出外殼1上面的T形支架8與質(zhì)量塊4的連接，達(dá)到測(cè)試溫度、壓力、應(yīng)變、力、位移等物理量。
本傳感頭包括傳輸光纖、密封金屬外殼及其內(nèi)部的懸臂粱、光纖光柵、質(zhì)量塊。光信號(hào)經(jīng)傳輸光纖到達(dá)固定于密封金屬外殼內(nèi)壁的懸臂梁上的光纖光柵，由于光纖光柵具有有效的選頻特性，當(dāng)入射波長(zhǎng)滿(mǎn)足反射條件時(shí)，將有部分正向傳輸?shù)墓獗获詈蠟榉聪騻鬏斈?，并沿原光路反射回光纖。本技術(shù)的關(guān)鍵在于在懸臂粱的正反兩面分別粘接(或焊接)了兩個(gè)光纖光柵做為敏感元件，懸臂粱的末端安裝有一個(gè)質(zhì)量塊。當(dāng)有加速度作用在傳感頭上時(shí)，質(zhì)量塊將加速度轉(zhuǎn)換為反方向的過(guò)載力，使懸臂粱產(chǎn)生撓性彎曲，從而使粘接(或焊接)在懸臂粱正反面的兩個(gè)光纖光柵分別承受拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，他們所反射的光信號(hào)的中心波長(zhǎng)相對(duì)于各自初始值將相應(yīng)地增大或減?。慌c此相反，當(dāng)傳感頭所處環(huán)境的溫度發(fā)生改變時(shí)，兩個(gè)光纖光柵所反射的光信號(hào)的波長(zhǎng)只會(huì)朝相同的方向移動(dòng)，即同時(shí)增大或同時(shí)減小。
本實(shí)用新型具有如下的主要優(yōu)點(diǎn)1)使用一個(gè)懸臂粱即可實(shí)現(xiàn)單向加速度的差動(dòng)測(cè)量，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。
2)用兩個(gè)光纖光柵反射光信號(hào)中心波長(zhǎng)的差值來(lái)檢測(cè)加速度的大小，直接消除了溫度對(duì)加速度傳感頭的影響，同時(shí)使測(cè)量靈敏度提高了一倍，此外還可以提高線(xiàn)性相關(guān)度。
3)解決了裸光纖光柵抗疲勞性較差的問(wèn)題，提高了長(zhǎng)期工作的可靠性。
4)密封金屬殼內(nèi)部通過(guò)抽真空或充惰性氣體等方法可以實(shí)現(xiàn)不同的阻尼特性，從而改變傳感頭的動(dòng)態(tài)特性，并提高傳感頭的使用壽命。
5)通過(guò)改變質(zhì)量塊的重量，可以方便地調(diào)節(jié)傳感頭的測(cè)量范圍和分辨率。
6)可以直接用于溫度測(cè)量；7)可以稍做結(jié)構(gòu)改變后用于測(cè)試溫度、壓力、應(yīng)變、力、位移等物理量的測(cè)量。
權(quán)利要求1.一種溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其特征在于，其中包括一外殼，該外殼為一矩形立方體；一懸臂梁，該懸臂梁為一三角形，該懸臂梁的一邊固定在外殼的一內(nèi)側(cè)壁面的中間位置；一質(zhì)量塊，該質(zhì)量塊為一球體，質(zhì)量塊固定在懸臂梁遠(yuǎn)離固定邊的端部；一傳輸光纖，該傳輸光纖的頭端用粘膠固定在懸臂梁反面的根部，并相隔一距離后再用粘膠固定，該傳輸光纖繞過(guò)懸臂梁端部的質(zhì)量塊，并在臂梁的正面用粘膠在兩點(diǎn)固定，該傳輸光纖的另一端延伸出外殼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其特征在于，其中傳輸光纖在懸臂梁正反面固定的兩點(diǎn)的位置對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其特征在于，其中傳輸光纖在懸臂梁正反面固定的兩點(diǎn)之間為一光纖光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其特征在于，其中該傳輸光纖的兩端分別延伸出外殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其特征在于，其中可以在外殼內(nèi)安裝一至三個(gè)懸臂梁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其特征在于，其中在密封外殼內(nèi)抽真空或充入惰性氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其特征在于，其中所述光纖光柵可用F-P腔或光纖馬赫—曾德?tīng)柛缮鎯x替換。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其特征在于，其中在外殼的上面開(kāi)有一孔，該孔的位置對(duì)應(yīng)于質(zhì)量塊，在孔中插入一T形支架，該T形支架的端部與質(zhì)量塊連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型一種溫度自補(bǔ)償差動(dòng)式光纖加速度傳感頭，其中包括一外殼，該外殼為一矩形立方體；一懸臂梁，該懸臂梁為一三角形，該懸臂梁的一邊固定在外殼的一內(nèi)側(cè)壁面的中間位置；一質(zhì)量塊，該質(zhì)量塊為一球體，質(zhì)量塊固定在懸臂梁遠(yuǎn)離固定邊的端部；一傳輸光纖，該傳輸光纖的頭端用粘膠固定在懸臂梁反面的根部，并相隔一距離后再用粘膠固定，該傳輸光纖繞過(guò)懸臂梁端部的質(zhì)量塊，并在臂梁的正面用粘膠在兩點(diǎn)固定，該傳輸光纖的另一端延伸出外殼。
文檔編號(hào)G01P15/08GK2578832SQ0228299
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2002年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月14日
發(fā)明者鐘少龍, 孫書(shū)明, 劉育梁, 曹春耕 申請(qǐng)人:鐘少龍, 孫書(shū)明, 劉育梁