本實用新型屬于光纖光柵應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光纖光柵加速度傳感器。
背景技術(shù)：
光纖光柵傳感技術(shù)具有靈敏度高、復(fù)用簡單、抗電磁干擾、無源等特性，在加速度傳感器領(lǐng)域倍受青睞。目前，大多數(shù)光纖光柵加速度傳感器利用機械結(jié)構(gòu)進行增敏，將加速度的變化轉(zhuǎn)化為光纖光柵上的波長變化，再通過光柵解調(diào)儀還原傳感信息。如“雙等強度彈性件光纖光柵振動傳感器”(申請?zhí)枺?01010285791.9)、“一種雙彈性件光纖光柵加速度傳感器”(申請?zhí)枺?01310092296.X)等探討了雙臂的機械敏感結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計相對復(fù)雜，且將光柵直接粘貼在彈性件表面，這種工藝在彈性件表面產(chǎn)生應(yīng)變時，光柵容易啁啾，且受環(huán)氧樹脂粘接劑性能的影響，很容易產(chǎn)生非線性效應(yīng)。而專利“一種彈性件式光纖光柵加速度計”(申請?zhí)枺?00710065321.X)、“基于彈性件撓度的光纖光柵加速度計”(申請?zhí)枺?00710065322.X)雖然回避了直接粘貼的工藝，但采用單光柵結(jié)構(gòu)，靈敏度不高，且沒有考慮溫度的影響。因此，如何在簡化加速度傳感器結(jié)構(gòu)的同時，兼顧傳感器的靈敏度和溫度特性，是加速度傳感器設(shè)計的需要考慮的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種光纖光柵加速度傳感器，以簡化光纖光柵加速度傳感器結(jié)構(gòu)，增強光纖光柵加速度傳感器的靈敏度，有效消除環(huán)境溫度的影響。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是：
一種光纖光柵加速度傳感器，包括：基座、彈性件、質(zhì)量塊，彈性件一端采用過盈配合與基座連接，彈性件另一端采用過盈配合與質(zhì)量塊連接，并采用激光焊接加固。用于測量加速度的第一光纖光柵、第二光纖光柵刻寫在一根光纖上，第一光纖光柵的一端點膠固定在基座的導(dǎo)入孔上，第一光纖光柵的另一端點膠固定在質(zhì)量塊的上沿，再回繞到質(zhì)量塊的下沿。第二光纖光柵的一端點膠固定在質(zhì)量塊的下沿、另一端經(jīng)過基座的導(dǎo)出孔引出，并點膠固定。
所述第一光纖光柵、第二光纖光柵基于G.657的抗彎光纖刻寫，裸光柵區(qū)域采用小彈性模量的高分子樹脂材料超薄涂覆，涂覆后的直徑為135um～140um，柵區(qū)長度30mm。通過采用抗彎光纖制作光柵，并減小涂覆層的厚度，來提升傳感器的靈敏度，降低彎曲損耗。
所述基座作為光纖光柵加速度傳感器支撐結(jié)構(gòu)，采用不銹鋼制作而成。
所述質(zhì)量塊用于調(diào)整光柵加速度傳感器的靈敏度和諧振頻率。
所述彈性件為彈簧鋼，厚度0.2mm；基座和質(zhì)量塊上卡槽的開口大小為0.2mm。
所述基座、彈性件、質(zhì)量塊通過機械配合和激光焊接進行組裝，構(gòu)成懸臂梁結(jié)構(gòu)。
本實用新型一種光纖光柵加速度傳感器，有益效果如下：
1、簡化了加速度傳感器的設(shè)計：
彈性件結(jié)構(gòu)采用分體組合方式設(shè)計，彈簧片和質(zhì)量塊單獨加工，避免了一體化設(shè)計導(dǎo)致的加工困難；懸臂采用專用的彈性金屬材料制作，用料少，熱處理方便，殘余應(yīng)力?。毁|(zhì)量塊形狀規(guī)則，有利于通過精密機械加工來控制質(zhì)量塊的重量。
2、傳感器的靈敏度高，插入損耗小：
雙光柵的波長反向聯(lián)動，經(jīng)過差分后，靈敏度比普通單光柵加速度傳感器提高1倍；考慮光纖粘接和回彎過程中極易導(dǎo)致光功率損耗，采用G.657抗彎光纖刻寫光柵，累積插入損耗小于0.3；柵區(qū)采用小彈性模量的高分子樹脂材料超薄涂覆，既有效避免了水汽的滲透，延長了傳感器的使用壽命，又確保了外力有效作用于光柵部分，提升了傳感器的靈敏度。
3、消除了環(huán)境溫度的影響：
當(dāng)環(huán)境溫度變化時，兩個光柵的波長出現(xiàn)通向漂移，振動量差分后可以有效消除環(huán)境溫度的影響。
附圖說明
圖1為本實用新型一種光纖光柵加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種光纖光柵加速度傳感器，包括基座1、彈性件4、質(zhì)量塊5、側(cè)蓋和光纖光柵。彈性件4一端采用過盈配合與基座1連接，彈性件4另一端采用過盈配合與質(zhì)量塊5連接，并采用激光焊接加固。用于測量加速度的第一光纖光柵2、第二光纖光柵3刻寫在一根光纖上，第一光纖光柵2的一端點膠固定在基座1的導(dǎo)入孔6上，第一光纖光柵2的另一端點膠固定在質(zhì)量塊5的上沿，再回繞到質(zhì)量塊5的下沿；第二光纖光柵3的一端點膠固定在質(zhì)量塊5的下沿、另一端經(jīng)過基座1的導(dǎo)出孔7引出，并點膠固定。
所述第一光纖光柵2、第二光纖光柵3基于G.657的抗彎光纖刻寫，裸光柵區(qū)域采用小彈性模量的高分子樹脂材料超薄涂覆，涂覆后的直徑為135um～140um，柵區(qū)長度30mm。
所述基座1、彈性件4、質(zhì)量塊5通過機械配合和激光焊接進行組裝，構(gòu)成懸臂梁結(jié)構(gòu)?？紤]傳感器的使用環(huán)境和穩(wěn)定，基座1采用不銹鋼制作；彈性件4采用彈簧鋼制作，厚度0.2mm；基座1和質(zhì)量塊5上卡槽的開口大小為0.2mm，其中，彈性件4與基座1和質(zhì)量塊5采用過盈配合連接，再通過激光焊接加固。
第一光纖光柵2、第二光纖光柵3在G.657抗彎光纖上刻寫，光纖直徑250um，在需要刻寫光柵的區(qū)域，先剝除涂覆層30mm，然后固定在掩膜版的準確位置，再曝光刻寫?？虒懲戤叺墓鈻牛捎酶叻肿映⊥扛布夹g(shù)來對光柵區(qū)域進行保護，涂覆后的直徑約135～140um。傳統(tǒng)的涂覆層厚度約250um，當(dāng)光柵收到拉力作用后，光柵的纖芯、包層區(qū)域和涂覆層共同受力，由于涂覆層厚度較厚，具有較強的抗應(yīng)變能力，使纖芯承受的應(yīng)變減小，光柵的波長漂移幅度減小，靈敏度收到限制。當(dāng)采用超薄涂覆技術(shù)后，涂覆層厚度的減小為原來的1/10，應(yīng)變的大小主要由纖芯和包層決定，在同樣加速度的情況下，纖芯的應(yīng)變較大，光柵的波長漂移量大，從而提升傳感器的靈敏度。
當(dāng)光纖光柵加速度傳感器受到振動激勵時，質(zhì)量塊5在垂直于彈性件4的方向起振，質(zhì)量塊5邊緣與基座1的導(dǎo)入孔6、導(dǎo)出孔7之間的距離發(fā)生變化，從而使第一光纖光柵2和第二光纖光柵3產(chǎn)生與振動頻率一致但方向相反的、周期性的軸向應(yīng)力變化，即一個光柵的波長增加，另一個光柵的波長會減小，且大小相當(dāng)。
傳感器的靈敏度為：
其中，△λ1為第一光纖光柵2的波長變化量，△λ2為第二光纖光柵3的波長變化量，a為被測的加速度。
該傳感器匹配目前的光纖光柵CCD波長解調(diào)儀，實時解調(diào)兩個光柵的各自波長，再對兩個光柵的波長變化作差，計算傳感器的靈敏度，相比較傳統(tǒng)的單光柵傳感器，靈敏度可以提升1倍。此外，當(dāng)環(huán)境溫度升高或者降低時，兩個光柵的波長會出現(xiàn)同方向、同大小的漂移，通過對兩個光柵的波長作差，可以有效消除溫度影響。
光纖光柵與基座1和質(zhì)量塊5之間直接采用環(huán)氧樹脂點膠固定，裝配成光纖光柵加速度傳感器，在振動臺上標(biāo)定其振動頻率特性。
該傳感器制作方法簡化了加速度傳感器的設(shè)計和加工要求，結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，靈敏度高，克服了環(huán)境溫度影響，具有較好的實用性。