專利名稱：土木工程用光纖光柵低頻振動傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于振動測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土木工程用光纖光柵低頻振動傳感裝置。
背景技術(shù)：
隨著振動測試技術(shù)理論的發(fā)展和生產(chǎn)中對測試需求的與日俱增，高質(zhì)量的測試儀器、設(shè)備和現(xiàn)代化的測試方法不斷出現(xiàn)，從最初的機械式測振儀，發(fā)展到今天的各種應(yīng)用物理學原理制成的傳感器、FFT分析儀、結(jié)構(gòu)動力學分析軟件，已在廣泛使用。但是目前振動測試技術(shù)主要是以傳統(tǒng)的機械振動測試為基礎(chǔ)，絕大多數(shù)采用電磁類傳感器組成一套振動測試系統(tǒng)，它們雖在大型工程結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量控制及竣工驗收中得到廣泛應(yīng)用，但就對結(jié)構(gòu)的長期、實時、在線監(jiān)測而言，存在著根本不足，嚴重制約著振動測試技術(shù)的發(fā)展。
光纖傳感技術(shù)的出現(xiàn)，給傳感器的發(fā)展帶來了前所未有的生命力。光纖傳感器在振動傳感測試這一領(lǐng)域也同樣帶來了巨大的變革，國內(nèi)外研制了多種光纖振動傳感器，它與傳統(tǒng)振動傳感器相比，不但能抗電磁干擾，而且體積小、質(zhì)量輕、動態(tài)范圍寬、精度高、能在惡劣環(huán)境下工作，因此受到各先進國家軍事與商業(yè)領(lǐng)域的極大重視。各種實用的光纖加速度傳感器不斷涌現(xiàn)，主要有光強調(diào)制型和相位調(diào)制型兩大類由于調(diào)制對象的制約，這些光纖傳感器仍然有易受光源波動、光纖擾動的影響，在走向?qū)嵱没矫娲嬖趩栴}。然而，對于波長進行調(diào)制的光纖光柵傳感技術(shù)能夠克服一般光纖振動傳感器的不足之處，它能實現(xiàn)實時在線、數(shù)字式測量、具有測量范圍廣精度高、抗干擾能力強、無需調(diào)零、長期穩(wěn)定性好等優(yōu)點，為實現(xiàn)振動傳感的高分辨率、高信噪比、高精確度和高可信度提供了理想的技術(shù)手段，在航空、航天、海洋工程、石油、土木建筑、機械等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。
基于光纖光柵傳感技術(shù)的振動傳感器在低頻領(lǐng)域的拓展受到了很大的制約，利用傳統(tǒng)的懸臂梁結(jié)構(gòu)(彈簧—阻尼—質(zhì)量塊的單自由度系統(tǒng))制作傳感器的感知部分振動信號小，降低了其靈敏度；而且使光纖光柵波峰拓寬，從而降低了其精確度。一般說來有兩個途徑可以進行改善光纖光柵低頻振動傳感器的工作性能。一是研究光纖光柵的解調(diào)技術(shù)，提高光纖光柵的分辨率，提高其靈敏度；二是設(shè)計有別于傳統(tǒng)的懸臂梁式結(jié)構(gòu)，使傳感器的感知部分振動信號放大，避免光纖光柵波峰拓寬，從而在其靈敏度和精度上都有所提高。尋求一種能使振動信號放大，避免光纖光柵波峰拓寬，不需對利用光纖光柵制作的傳感器進行額外溫度補償?shù)耐聊竟こ逃霉饫w光柵低頻振動傳感裝置是該領(lǐng)域技術(shù)人員的研究目標。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種能使振動信號放大，避免光纖光柵波峰拓寬，消除溫度對測試用光纖光柵影響的土木工程用光纖光柵低頻振動傳感裝置。
本實用新型提出的一種土木工程用光纖光柵低頻振動傳感裝置，由外殼1、光纖2、光柵3、4、質(zhì)量塊(振子)5、連桿7、彈簧10組成，光柵3、4分別位于光纖2上，其中，光纖2的兩端分別固定于外殼1的兩側(cè)，連桿7呈L型，由橫桿8和豎桿9組成，豎桿9的一端連接位于兩個光柵之間的光纖2，橫桿8的一端連接質(zhì)量塊5，另一端連接彈簧10，彈簧10的另一端通過基座11固定于外殼1上，外殼1內(nèi)分布阻尼液6。
本實用新型采用光纖光柵，兩個光柵分別位于光纖上，可以實現(xiàn)溫度自補償，由結(jié)構(gòu)動力學可知這種結(jié)構(gòu)的運動可看作彈簧—阻尼—質(zhì)量塊的單自由度系統(tǒng)，系統(tǒng)的動力學方程為my··+cy·+ky=-mv··g...(1)]]>式中k=k3+(ab)2(k1+k2),]]> 該結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的振幅是ρ=mv··g0kD]]>式中D為動力放大系數(shù)，m為質(zhì)量塊(振子)質(zhì)量，c為阻尼液阻尼系數(shù)，y為質(zhì)量塊位移， 為待測結(jié)構(gòu)物加速度，k1、k2為光纖的剛度，k3為彈簧剛度。
上式也就是振動傳感器的工作依據(jù)。在實際工作中，為了保證振動傳感器能有較高的測量精度，應(yīng)要求阻尼比ξ選擇在60～70％之間；并且，從裝置的形態(tài)尺寸與相關(guān)應(yīng)用參數(shù)上設(shè)法保證加速度振動傳感器的工作頻率低于自身的固有頻率。例如，ξ=ccc=70%,]]> 時，D＝1。
本實用新型的工作過程如下固定本實用新型于待測結(jié)構(gòu)物上，隨著結(jié)構(gòu)物振動，質(zhì)量塊5發(fā)生振動，通過L型連桿7帶動光纖光柵振動，從而通過光柵波長測量，就可以達到測試目的。
本實用新型的特點和優(yōu)點如下
(1)相對于光強調(diào)制型和相位調(diào)制型兩大類傳感器，由于利用的是光纖光柵，根據(jù)中心波長的移動來反映被測物理量的變化，克服了由于調(diào)制對象的制約，受光源波動、光纖擾動影響的缺點；(2)在目前的光纖光柵解調(diào)技術(shù)的基礎(chǔ)上，本實用新型滿足了振動信號放大，避免光纖光柵波峰拓寬的要求，而且由于以往利用光纖光柵制作的傳感器大多需要額外的溫度補償，本實用新型實現(xiàn)了溫度自補償；從而在其靈敏度和精度上都有所提高。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖示。
圖中標號1為外殼，2為光纖，3、4為光柵，5為質(zhì)量塊(振子)，6為阻尼液，7為連桿，8為橫桿，9為豎桿，10為彈簧，11為基座。
具體實施方式
下面通過實施例進一步說明本實用新型。
實施例1，用下列器件按圖1所示方式連接，該領(lǐng)域技術(shù)人員均能順利完成本實用新型裝置的實施。外殼1采用的材料為普通鋼材，尺寸為0.08m×0.04m×0.04m(長×寬×高)，光纖2上刻有光柵3、4，產(chǎn)品為單模光柵，采用市售產(chǎn)品，質(zhì)量塊(振子)5為0.02kg，阻尼液6采用硅油，連桿7由橫桿8和豎桿9組成，橫桿8的長度為2cm，豎桿9的長度為2mm，彈簧10采用彈性鋼片。
權(quán)利要求1.一種土木工程用光纖光柵低頻振動傳感裝置，由外殼(1)、光纖(2)、光柵(3)、(4)、質(zhì)量塊即振子(5)、連桿(7)、彈簧(10)組成，光柵(3)、(4)分別位于光纖(2)上，其特征在于，光纖(2)的兩端分別固定于外殼(1)的兩側(cè)，連桿(7)呈L型，由橫桿(8)和豎桿(9)組成，豎桿(9)的一端連接位于兩個光柵之間的光纖(2)，橫桿(8)的一端連接質(zhì)量塊即振子(5)，另一端連接彈簧(10)，彈簧(10)的另一端通過基座(11)固定于外殼(1)上，外殼(1)內(nèi)分布阻尼液(6)。
專利摘要本實用新型屬于振動測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土木工程用光纖光柵低頻振動傳感裝置。由外殼、光纖光柵、質(zhì)量塊、連桿、彈簧組成，光纖的兩端分別固定于外殼的兩側(cè)，連桿呈L型，由橫桿和豎桿組成，豎桿的一端連接位于兩個光柵之間的光纖，橫桿的一端連接質(zhì)量塊，另一端連接彈簧，彈簧的另一端通過基座固定于外殼上，外殼內(nèi)充滿阻尼液。本實用新型利用光纖光柵，根據(jù)中心波長的移動來反映被測物理量的變化，克服了由于調(diào)制對象的制約，受光源波動、光纖擾動影響的缺點；滿足了振動信號放大，避免光纖光柵波峰拓寬的要求，本實用新型實現(xiàn)了溫度自補償；從而在其靈敏度和精度上都有所提高。
文檔編號G02B6/34GK2856950SQ200520047229
公開日2007年1月10日 申請日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者孫利民, 孫汝蛟, 淡丹輝 申請人:同濟大學