一种光纤非本征型法珀加速度传感器

摘要

本发明提供一种光纤非本征型法珀加速度传感器。所述光纤非本征型法珀加速度传感器包括悬臂梁、支撑板、壳体、外壳和光电解调仪，所述悬臂梁和支撑板的一端通过紧固件进行固定，支撑板的另一端垂直开孔安装带有光纤的FC/UPC陶瓷插芯，插芯端部与悬臂梁远离支撑端的一面形成小间隙，成为法珀腔，壳体四周通过与支撑板焊接将悬臂梁密封，支撑板安装陶瓷插芯的孔通过胶粘剂密封，使法珀腔完全处于密封状态组成加速度敏感单元，所述加速度敏感单元安装于外壳内，在外壳上固定保护光纤的光缆及光纤连接器用于信号传输。本发明实用性高，具有灵敏度高，动态频响好，抗干扰能力强，便于远距离实时检测加速度值。

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种光纤非本征型法珀加速度传感器。

背景技术

加速度、振动的测量在工程技术、日常生活中具有广泛的需求，具有广阔的市场。大家最为熟悉的是“地震”，就是最典型的一种具有强大破坏性的加速度，在公元132年就制成了世界上最早的“地震仪”用于检测地震的“验震器”。生活中在我们周围无时无刻存在的“声音”，就是空气分子通过加速度传递信息，而人耳就是一种对该加速度可测量的传感器。

加速度传感器是一类重要的、高精度、应用最多的一种传感器，广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。加速度传感器包括加速度敏感元件、信号激励和信号传输等组成部分，传统的加速度传感器种类有电容式、压阻式、压电式、伺服式等。

但是，现有的加速度传感器在某些行业的应用还存在不足，例如无法实现长距离传送、低频响应效果不好，抗干扰和电磁辐射能力差等。

因此，有必要提供一种新的光纤非本征型法珀加速度传感器解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种光纤非本征型法珀加速度传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供的光纤非本征型法珀加速度传感器包括悬臂梁、支撑板、壳体、外壳和光电解调仪，其特征在于，所述悬臂梁和所述支撑板的一端通过紧固件进行固定，所述支撑板另一端和所述悬臂梁预留有间隙满足悬臂梁在有加速度状态下的摆动空间，同时在所述支撑板的另一端垂直于所述悬臂梁方向开孔并安装带有光纤的FC/UPC陶瓷插芯，使所述悬臂梁与所述FC/UPC陶瓷插芯之间预留有法珀腔，所述壳体与所述支撑板四周焊接密封，将此组成的结构件装于所述外壳内，在所述外壳的开口处安装盖板，在所述外壳上固定用于保护所述光纤的光缆，并在所述光缆的端部制作LC/APC光纤连接器，所述外壳与所述光缆之间设置有防水格兰头。

优选的，所述光电解调仪还包括波长扫描激光器、光隔离器、光耦合器、电信号处理模块、第一光电检测模块、第二光电检测模块和CPU，所述CPU、所述波长扫描激光器、所述光隔离器和所述光耦合器依次相接，所述电信号处理模块与所述CPU相接，所述第一光电检测模块、所述第二光电检测模块均与所述电信号处理模块相接，所述第一光电检测模块、所述第二光电检测模块均与所述光耦合器相接，所述光耦合器与所述光缆相连。

优选的，所述悬臂梁是实现对加速度敏感的敏感元件。

优选的，所述悬臂梁在与所述FC/UPC陶瓷插芯端面相对的面通过研磨使其光滑平整，对垂直入射的光形成镜面反射。

优选的，所述光电解调仪为波长扫描型解调仪。

优选的，所述悬臂梁在有加速度的情况下，所述悬臂梁会发生形变以至引起所述法珀腔腔长的变化，当无加速度时，所述悬臂梁恢复至平衡状态，所述法珀腔腔长的变化大小与加速度传感器感受的加速度成正比例关系。

与相关技术相比较，本发明提供的光纤非本征型法珀加速度传感器具有如下有益效果：

本发明提供一种光纤非本征型法珀加速度传感器，结构简单，可以测量极低频率的加速度，频响效果好，传感器不产生电信号也不需要供电，不产生电磁辐射抗干扰能力强，通过连接的光纤传输入射和反射的光信号可以实现远距离传输；实用性高，测量精确度高，便于远距离实时监测加速度。

附图说明

图1为本发明提出的一种光纤非本征型法珀加速度传感器的正视剖视结构示意图；

图2为图1中对加速度敏感的加速度敏感单元部分的剖视图结构示意图；

图3为图2中法珀腔放大结构示意图；

图4为本发明提出的一种光纤非本征型法珀加速度传感器中光电解调仪的工作原理框图。

图中：1、悬臂梁，2、支撑板，3、壳体，4、FC/UPC陶瓷插芯，5、光纤，6、外壳，7、盖板，8、紧固件螺钉，9、防水格兰头，10、光缆，11、LC/APC光纤连接器。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1、图2、图3和图4，其中，图1为本发明提出的一种光纤非本征型法珀加速度传感器的正视剖视结构示意图；图2为图1中对加速度敏感的加速度敏感单元部分的剖视图结构示意图；图3为图2中法珀腔放大结构示意图；图4为本发明提出的一种光纤非本征型法珀加速度传感器中光电解调仪的工作原理框图。光纤非本征型法珀加速度传感器包括悬臂梁1、支撑板2、壳体3、外壳6和光电解调仪，所述悬臂梁1和支撑板2的一端通过紧固件螺钉8进行固定，支撑板2另一端和悬臂梁1有一定的间隙满足悬臂梁1在有加速度状态下的摆动空间，同时在支撑板2的另一端垂直于悬臂梁1方向开孔并安装带有光纤5的FC/UPC陶瓷插芯4，使悬臂梁1与FC/APC陶瓷插芯4之间有几百微米的间隙形成法珀腔，壳体3与支撑板2四周焊接密封，FC/APC陶瓷插芯4与支撑板2和光纤5胶粘密封，使法珀腔完全处于密封状态，形成对某一方向敏感的加速度敏感单元，将该敏感单元安装于外壳6内，根据需要封装一个或者多个所述加速度敏感单元于外壳内形成单轴、双轴或三轴加速度传感器，在外壳6的开口处安装盖板7，在外壳6上固定用于保护光纤5的光缆10，并在光缆10的端部制作LC/APC光纤连接器11，所述外壳6与所述光缆10之间设置有防水格兰头9。

所述光电解调仪还包括波长扫描激光器、光隔离器、光耦合器、电信号处理模块、第一光电检测模块、第二光电检测模块和CPU，CPU、波长扫描激光器、光隔离器和光耦合器依次相接，电信号处理模块与CPU相接，第一光电检测模块、第二光电检测模块均与电信号处理模块相接，第一光电检测模块、第二光电检测模块均与光耦合器相接，光耦合器与光纤非本征型法珀加速度传感器通过传输光缆相接，使得解调仪发出的光能有效传输至传感器中，同时接受传感反射回来的光信号。

悬臂梁、陶瓷插芯内部的光纤、以及他们之间间隙的空气组成了非本征型法珀加速度传感器的法珀腔。

与陶瓷插芯相对的悬臂梁平面要求研磨的非常光滑。

由所述光电解调仪发出的入射光通过光纤传输至FC/UPC陶瓷插芯内光纤的端面，一定比例强度的光会沿原光纤反射形成第一反射光，剩余光会透射出去，透射出去的光经过几百微米的空气间隙后入射至悬臂梁的光滑平面，该面形成镜面反射，将这部分投射出的光大部分反射至FC/UPC陶瓷插芯内部的光纤内形成第二反射光。

陶瓷插芯内光纤端面透射出去的第二反射光反射至光纤端面的此时此刻，陶瓷插芯内光纤端面继续反射入射光形成第一反射光，此时的第一反射光与第二反射光会汇合后同时在光纤内传输。

所述光电解调仪属于波长扫描型解调仪，在第二反射光与第一反射光相遇时刻，解调仪反射的波长还属于同频光，第二反射光与第一反射光满足2倍间隙的光程差，这两束反射光满足平行光束干涉条件，形成相干光。

传感器当法珀腔固定情况下，所述光电解调仪从低波段连续扫描至高波段时，相干光在某些频率下满足干涉级次为整数倍时光强相增，干涉级次为整数倍加0.5时光强相消，在整个光谱频域范围内对光强绘制一条曲线，该曲线就会形成一条具有相关特征的非等周期的类似正弦曲线。

所述光电解调仪从低波段连续扫描至高波段时，用时非常少，远远低于加速度传感器由于加速度变化引起腔长改变的时间。

悬臂梁在有加速度的情况下，悬臂梁会发生形变以至引起法珀腔腔长的增大或者缩小，当无加速度时，悬臂梁恢复至平衡状态，法珀腔腔长的变化大小与加速度传感器感受的加速度成正比例关系。

整个加速度传感器内部固定良好能有效传递加速度，当传感器固定在安装位置时，加速度能有效引起悬臂梁与光纤之间形成的腔长变化。

可以根据实际需要在传感器内封装一个或者多个加速度敏感单元形成单轴、双轴、和三轴加速度传感器。

与相关技术相比较，本发明提供的光纤非本征型法珀加速度传感器具有如下有益效果：

本发明提供一种光纤非本征型法珀加速度传感器，结构简单，可以测量极低频率的加速度，频响效果好，传感器不产生电信号也不需要供电，不产生电磁辐射抗干扰能力强，通过连接的光纤传输入射和反射的光信号可以实现远距离传输；实用性高，测量精确度高，便于远距离实时监测加速度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。