專利名稱：光纖激光加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型的超細(xì)光纖激光 加速度傳感器。
背景技術(shù)：
光纖傳感器與對(duì)應(yīng)的常規(guī)傳感器相比，在靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、可靠性 等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在國防、軍事應(yīng)用領(lǐng)域顯得尤為突出，被許多國 家列為重點(diǎn)發(fā)展的國防技術(shù)。光纖加速度傳感器是利用光纖的傳光特性以及它與周圍環(huán)境相互作 用產(chǎn)生的種種調(diào)制效應(yīng)，探測(cè)周圍環(huán)境振動(dòng)、加速度等信號(hào)的儀器。它與 傳統(tǒng)的壓電類傳感器相比，有以下主要優(yōu)勢(shì)頻帶寬、聲壓靈敏度高、不 受電磁干擾、重量輕、可設(shè)計(jì)成任意形狀，以及兼具信息傳感及光信息傳 輸于一身等優(yōu)點(diǎn)。鑒于光纖振動(dòng)傳感器的如上技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可滿足各發(fā)達(dá)國家在石油、軍 事等領(lǐng)域的要求，目前己經(jīng)在此方面積極展開研究。在常見的強(qiáng)度調(diào)制型、 數(shù)字式、光纖光柵式光纖加速度傳感器中，光纖光柵式加速度傳感器是目 前的主要研究方向。余有龍等人報(bào)道了一種光纖光柵加速度計(jì)，是采用將光纖光柵粘接在 懸臂梁表面的方法。當(dāng)懸臂梁發(fā)生振動(dòng)時(shí)，其表面會(huì)有周期性的壓拉應(yīng)變， 光纖光柵通過檢測(cè)懸臂梁表面的應(yīng)變來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的測(cè)量。該種技術(shù)方案為 了使加速度和傳感器的輸出保持線性關(guān)系，懸臂梁的撓度不能過大，從而 限制了傳感器的靈敏度，同時(shí)由于采用了懸臂梁的結(jié)構(gòu)，傳感器的體積過 大。因此，如何提高光纖激光加速度傳感器的測(cè)量靈敏度并減小光纖激光 加速度傳感器的體積是進(jìn)一步發(fā)展光纖加速度傳感器并進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用 必需解決的重要技術(shù)問題
發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種光纖激光加速度傳感器， 以提高光纖激光加速度傳感器的測(cè)量靈敏度，減小光纖激光加速度傳感器 的體積，改善工藝的一致性。(二) 技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的-一種光纖激光加速度傳感器，該光纖激光加速度傳感器包括 作為光纖激光加速度傳感器主體的支撐筒10，該支撐筒10 —端開口， 另一端的中心具有一第一小孔11，用于固定光纖激光器20;安裝在所述支撐筒10開口端的端蓋30，用于固定并保護(hù)光纖激光加速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并引出光纖激光器20的尾纖；固定在支撐筒10開口端與端蓋30之間的彈性膜片結(jié)構(gòu)50，用于在加 速度作用下產(chǎn)生變形；安裝在彈性膜片結(jié)構(gòu)50中央的質(zhì)量塊40，用于增加彈性膜片結(jié)構(gòu)50 在加速度作用下產(chǎn)生的變形；貫穿所述彈性膜片結(jié)構(gòu)50和質(zhì)量塊40的光纖激光器20,用于測(cè)量加 速度。上述方案中，所述端蓋30在底部進(jìn)一步開有第二孔31，用于引出光 纖激光器20的尾纖。上述方案中，所述端蓋30包括一凸臺(tái)結(jié)構(gòu)32，該凸臺(tái)結(jié)構(gòu)32的內(nèi)徑 與支撐筒10的內(nèi)徑相同，外徑與支撐筒10的外徑相同，彈性膜片結(jié)構(gòu)50 被夾緊固定在該凸臺(tái)結(jié)構(gòu)32與支撐筒IO的開口端之間。上述方案中，所述支撐筒IO開口端的外表面具有螺紋，端蓋30的內(nèi) 表面也具有螺紋，通過將支撐筒10的開口端旋入端蓋30，將彈性膜片結(jié) 構(gòu)50夾緊固定在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)32與支撐筒10的開口端之間。上述方案中，所述光纖激光器20的一端固定在支撐筒IO底部的第一 小孔ll處，另一端固定在質(zhì)量塊40上。 上述方案中，所述彈性膜片結(jié)構(gòu)50的中央開有第三孔51，用于穿過光纖激光器20的尾纖，并將光纖激光器20固定在質(zhì)量塊40上。上述方案中，所述光纖激光器20為分布布拉格反射型光纖激光器， 或?yàn)榉植挤答伈祭裥凸饫w激光器。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、 本發(fā)明提供的這種光纖激光加速度傳感器，通過采用超細(xì)的封裝 結(jié)構(gòu)，使光纖激光加速度傳感器的體積很大程度上減小。在本技術(shù)方案中，支撐筒的外徑可以小于8mm。2、 本發(fā)明提供的這種光纖激光加速度傳感器，采用彈性膜片結(jié)構(gòu)對(duì) 光纖激光器進(jìn)行增敏，靈敏度高并且易于控制。


圖1是本發(fā)明提供的光纖激光加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明提供的光纖激光加速度傳感器的支撐筒(10)的結(jié)構(gòu)示 意圖。圖3是本發(fā)明提供的光纖激光加速度傳感器的彈性膜片結(jié)構(gòu)(50)的 結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明提供的光纖激光加速度傳感器的端蓋(30)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明提供的光纖激光加速度傳感器的質(zhì)量塊(40)的結(jié)構(gòu)示 意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的光纖激光加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意 圖，該光纖激光加速度傳感器包括支撐筒10、端蓋30、彈性膜片結(jié)構(gòu)50、 質(zhì)量塊40和光纖激光器20。
如圖2至圖5所示，支撐筒10作為光纖激光加速度傳感器的主體，一端開口，另一端的中心具有一第一小孔11，用于固定光纖激光器20。 端蓋30安裝在支撐筒IO的開口端，用于固定并保護(hù)光纖激光加速度傳感 器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并引出光纖激光器20的尾纖。彈性膜片結(jié)構(gòu)50固定在支 撐筒10開口端與端蓋30之間，用于在加速度作用下產(chǎn)生變形。質(zhì)量塊40 安裝在彈性膜片結(jié)構(gòu)50的中央，用于增加彈性膜片結(jié)構(gòu)50在加速度作用 下產(chǎn)生的變形。光纖激光器20貫穿彈性膜片結(jié)構(gòu)50和質(zhì)量塊40，用于測(cè) 量加速度。如圖4所示，端蓋30在底部進(jìn)一步開有第二孔31，用于引出光纖激 光器20的尾纖。端蓋30包括一凸臺(tái)結(jié)構(gòu)32，該凸臺(tái)結(jié)構(gòu)32的內(nèi)徑與支 撐筒10的內(nèi)徑相同，外徑與支撐筒10的外徑相同，彈性膜片結(jié)構(gòu)50被 夾緊固定在該凸臺(tái)結(jié)構(gòu)32與支撐筒10的開口端之間。如圖2所示，支撐筒10開口端的外表面具有螺紋12，端蓋30的內(nèi)表 面也具有螺紋33，通過將支撐筒10的開口端旋入端蓋30，將彈性膜片結(jié) 構(gòu)50夾緊固定在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)32與支撐筒10的開口端之間。光纖激光器20 的一端固定在支撐筒10底部的第一小孔11處，另一端固定在質(zhì)量塊40 上。如圖3所示，彈性膜片結(jié)構(gòu)50的外徑不大于凸臺(tái)結(jié)構(gòu)32的外徑，以 便可以順利安裝在凸臺(tái)處。彈性膜片結(jié)構(gòu)50的中央開有第三孔51，用于 穿過光纖激光器20的尾纖，并將光纖激光器20固定在質(zhì)量塊40上。在本實(shí)施例中，質(zhì)量塊40—端粗一端細(xì)的圓柱體，在細(xì)端有外螺紋， 可以通過螺母45 (如圖5所示)安裝在彈性膜片結(jié)構(gòu)50上。質(zhì)量塊40 軸向中央開有第四孔42，用于固定光纖激光器20的一端并引出光纖激光 器20的尾纖。彈性膜片結(jié)構(gòu)50的固定方式為通過旋緊支撐筒(10)端部的螺紋 12和端蓋30內(nèi)部的螺紋33，使彈性膜片結(jié)構(gòu)50夾緊在凸臺(tái)32處。光纖激光器20為分布布拉格反射(DBR)型光纖激光器，或?yàn)榉植?反饋布拉格(DFB)型光纖激光器。光纖激光器20的安裝方式為其一 端固定在支撐筒IO底部的第一孔11處，另一端固定在質(zhì)量塊40上。光纖激光器20中一般具有一定的初始拉應(yīng)力。
本發(fā)明提供的這種光纖激光加速度傳感器的工作原理如下 當(dāng)該光纖激光加速度傳感器受到軸向加速度作用時(shí)，質(zhì)量塊40和光 纖激光器20構(gòu)成一質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)。質(zhì)量塊40在傳感器的軸向發(fā)生受迫振動(dòng)，帶動(dòng)光纖激光器20隨之伸長和縮短。于是在光纖激光器20中產(chǎn)生軸 向的應(yīng)力。對(duì)于光纖激光器，其輸出的波長的變化量與所受軸向應(yīng)力成正 比，故通過檢測(cè)波長的變化量可以得到外界振動(dòng)加速度的大小。同時(shí)，由于質(zhì)量塊40的質(zhì)量將對(duì)加速度計(jì)的靈敏度和自振頻率產(chǎn)生 顯著的影響，故可以通過調(diào)節(jié)質(zhì)量塊40的質(zhì)量來改變傳感器的靈敏度和 自振頻率。彈性膜片結(jié)構(gòu)50的作用是在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度和自振 頻率，這可以通過調(diào)整彈性膜片結(jié)構(gòu)50的厚度、彈性模量等參數(shù)實(shí)現(xiàn)。 彈性膜片結(jié)構(gòu)50還可以起到限制傳感器橫向靈敏度的作用。另外，本結(jié)構(gòu)不僅限于光纖激光加速度傳感器的設(shè)計(jì)，傳感光纖除可 以采用光纖激光器20外還可以采用光纖光柵、啁啾光柵、傾斜光柵、長 周期光纖光柵，或其他類型的傳感光纖。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種光纖激光加速度傳感器，其特征在于，該光纖激光加速度傳感器包括作為光纖激光加速度傳感器主體的支撐筒(10)，該支撐筒(10)一端開口，另一端的中心具有一第一小孔(11)，用于固定光纖激光器(20)；安裝在所述支撐筒(10)開口端的端蓋(30)，用于固定并保護(hù)光纖激光加速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并引出光纖激光器(20)的尾纖；固定在支撐筒(10)開口端與端蓋(30)之間的彈性膜片結(jié)構(gòu)(50)，用于在加速度作用下產(chǎn)生變形；安裝在彈性膜片結(jié)構(gòu)(50)中央的質(zhì)量塊(40)，用于增加彈性膜片結(jié)構(gòu)(50)在加速度作用下產(chǎn)生的變形；貫穿所述彈性膜片結(jié)構(gòu)(50)和質(zhì)量塊(40)的光纖激光器(20)，用于測(cè)量加速度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光加速度傳感器，其特征在于，所 述端蓋(30)在底部進(jìn)一步開有第二孔(31)，用于引出光纖激光器(20) 的尾纖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光加速度傳感器，其特征在于，所 述端蓋(30)包括一凸臺(tái)結(jié)構(gòu)(32)，該凸臺(tái)結(jié)構(gòu)(32)的內(nèi)徑與支撐筒(10)的內(nèi)徑相同，外徑與支撐筒(10)的外徑相同，彈性膜片結(jié)構(gòu)(50) 被夾緊固定在該凸臺(tái)結(jié)構(gòu)(32)與支撐筒(10)的開口端之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖激光加速度傳感器，其特征在于，所 述支撐筒(10)開口端的外表面具有螺紋，端蓋(30)的內(nèi)表面也具有螺 紋，通過將支撐筒(10)的開口端旋入端蓋(30)，將彈性膜片結(jié)構(gòu)(50) 夾緊固定在凸臺(tái)結(jié)構(gòu)(32)與支撐筒(10)的開口端之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光加速度傳感器，其特征在于，所 述光纖激光器(20)的一端固定在支撐筒(10)底部的第一小孔(11)處， 另一端固定在質(zhì)量塊(40)上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光加速度傳感器，其特征在于，所 述彈性膜片結(jié)構(gòu)(50)的中央開有第三孔(51)，用于穿過光纖激光器(20)的尾纖，并將光纖激光器(20)固定在質(zhì)量塊(40)上。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光加速度傳感器，其特征在于，所 述光纖激光器(20)為分布布拉格反射型光纖激光器，或?yàn)榉植挤答伈祭?格型光纖激光器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖激光加速度傳感器，包括作為光纖激光加速度傳感器主體的支撐筒，該支撐筒一端開口，另一端的中心具有一第一小孔，用于固定光纖激光器；安裝在所述支撐筒開口端的端蓋，用于固定并保護(hù)光纖激光加速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并引出光纖激光器的尾纖；固定在支撐筒開口端與端蓋之間的彈性膜片結(jié)構(gòu)，用于在加速度作用下產(chǎn)生變形；安裝在彈性膜片結(jié)構(gòu)中央的質(zhì)量塊，用于增加彈性膜片結(jié)構(gòu)在加速度作用下產(chǎn)生的變形；貫穿所述彈性膜片結(jié)構(gòu)和質(zhì)量塊的光纖激光器，用于測(cè)量加速度。本發(fā)明提高了光纖激光加速度傳感器的測(cè)量靈敏度，減小了光纖激光加速度傳感器的體積，改善了工藝的一致性。
文檔編號(hào)G01P15/02GK101398440SQ20081022482
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者劉育梁, 張文濤, 芳 李 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所