膜片式光纖加速度計(jì)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種膜片式光纖加速度計(jì)，包括：保護(hù)筒，保護(hù)筒的筒體的下端敞開(kāi)，筒體的上端具有供鎧裝光纜穿過(guò)的孔；安裝基座，安裝基座待放置在待測(cè)結(jié)構(gòu)體上，用于封閉保護(hù)筒的下端；鎧裝光纜，鎧裝光纜的尾纖穿過(guò)保護(hù)筒的筒體上端的孔；光纖光柵，光纖光柵的一端的尾纖與鎧裝光纜的尾纖連接；膜片，膜片借助固定裝置固定，該固定裝置分別與保護(hù)筒和安裝基座連接；以及質(zhì)量塊，質(zhì)量塊固定在膜片的一側(cè)，光纖光柵的另一端的尾纖固定在膜片上或質(zhì)量塊上。本實(shí)用新型提供了一種高精度、結(jié)構(gòu)緊湊的基于膜片結(jié)構(gòu)的光纖加速度計(jì)設(shè)計(jì)方案。
【專利說(shuō)明】
膜片式光纖加速度計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及光纖傳感領(lǐng)域，特別涉及一種膜片式光纖加速度計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，傳統(tǒng)的加速度計(jì)主要有幾下幾種類型:壓阻式、電容式、壓電式、諧振式等。 這些傳統(tǒng)的加速度計(jì)具有各自特有的優(yōu)點(diǎn)，但是也都存在一定的局限性。例如，在強(qiáng)電磁干擾、易燃易爆、雷擊幾率較大的惡劣環(huán)境中應(yīng)用的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性不佳。
[0003] 近年來(lái)，由于光纖光柵傳感技術(shù)的迅猛發(fā)展，更由于光纖光柵具有抗電磁干擾、抗雷擊、能在易燃易爆環(huán)境中應(yīng)用、可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)準(zhǔn)分布式測(cè)量、長(zhǎng)期可靠性和穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在加速度測(cè)量領(lǐng)域中受到越來(lái)越多國(guó)內(nèi)外科技工作者的關(guān)注。本實(shí)用新型專利提供了一種基于彈性膜片結(jié)構(gòu)的光纖加速度計(jì)設(shè)計(jì)方案，使基于光纖光柵傳感技術(shù)的振動(dòng)測(cè)量技術(shù)有了新的選擇。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型提供一種膜片式光纖加速度計(jì)，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的某個(gè)或多個(gè)缺陷，例如能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性不理想等技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 本實(shí)用新型提供的膜片式光纖加速度計(jì)包括:
[0006] 保護(hù)筒，保護(hù)筒的筒體的下端敞開(kāi)，筒體的上端具有供鎧裝光纜穿過(guò)的孔；
[0007] 安裝基座，安裝基座待放置在待測(cè)結(jié)構(gòu)體上，用于封閉保護(hù)筒的下端；
[0008] 鎧裝光纜，鎧裝光纜的尾纖穿過(guò)保護(hù)筒的筒體上端的孔；
[〇〇〇9]光纖光柵，光纖光柵的一端的尾纖與鎧裝光纜的尾纖連接；
[0010] 膜片，膜片借助固定裝置固定，該固定裝置分別與保護(hù)筒和安裝基座連接;以及
[0011] 質(zhì)量塊，質(zhì)量塊固定在膜片的一側(cè)，光纖光柵的另一端的尾纖固定在膜片上或質(zhì)量塊上。
[0012] 本實(shí)用新型所提供的膜片式光纖加速度計(jì)的精度高、結(jié)構(gòu)緊湊。
[0013] 在根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例中，光纖光柵的與鎧裝光纜的尾纖連接的一端固定在固定裝置上，其另一端通過(guò)光纖膜片固定部固定在硬芯模片上的與固定質(zhì)量塊的一側(cè)相反的一側(cè)。
[0014] 優(yōu)選地，根據(jù)本實(shí)用新型的膜片式光纖加速度計(jì)，固定裝置為固定筒，該固定筒分別與保護(hù)筒和安裝基座螺紋連接。質(zhì)量塊與膜片通過(guò)螺紋連接。膜片的周邊密封固定在固定筒上。
[0015] 在根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例中，光纖光柵的與鎧裝光纜的尾纖連接的一端固定在膜片上，其另一端通過(guò)光纖固定桿固定部固定在與質(zhì)量塊固定連接的固定桿上。
[0016] 進(jìn)一步地，固定裝置包括連接筒和支撐板，支撐板的內(nèi)緣與膜片的一端螺紋連接， 支撐板的外緣與連接筒螺紋連接，并且連接筒的兩端分別與保護(hù)筒和安裝基座螺紋連接。 [〇〇17]優(yōu)選地，膜片的另一端與質(zhì)量塊密封固定一起。膜片是平膜片、波紋膜片、波紋管、 或者膜盒中的一種。膜片是整體膜片、十字梁或花瓣?duì)?花瓣的數(shù)目大于1，且均勻分布)，并且質(zhì)量塊的形狀是多棱體、或者圓柱體中的一種。
[0018] 另外，根據(jù)本實(shí)用新型，公開(kāi)了根據(jù)支撐位置的不同可以分為“膜片周邊支撐方式”和“膜片中心桿支撐方式”兩種的膜片式光纖加速度計(jì)。
[0019] 基于“膜片周邊支撐方式”的這種膜片式光纖加速度計(jì)，包括保護(hù)筒、尾纖、光纖光柵、膜片固定筒、安裝基座、質(zhì)量塊、硬芯膜片和鎧裝光纜，所述的硬芯膜片是由彈性材料通過(guò)精密機(jī)械加工而成的，其周邊通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)密封固定在所述的膜片固定筒，其中一側(cè)的硬芯為光纖膜片固定部，用于固定所述的光纖光柵一端的尾纖，而另一側(cè)硬芯帶有安裝螺孔，用于膜片與所述的質(zhì)量塊的連接;所述的光纖光柵和所述的質(zhì)量塊分別固定在在所述的硬芯膜片的兩側(cè)，并都在所述的硬芯膜片的中心軸線上;所述的膜片固定筒一側(cè)為光纖固定筒固定部，用于固定所述的光纖光柵的另一端的尾纖;將所述的光纖光柵的一端固定在硬芯膜片的光纖膜片固定部，預(yù)拉后，將另一端固定在所述的膜片固定筒上的光纖固定筒固定部;所述的保護(hù)筒和所述的安裝基座分別通過(guò)螺紋與所述的膜片固定筒連接在一起，而所述的尾纖用所述的鎧裝光纜保護(hù)，并采取密封措施；
[0020] 基于“膜片中心桿支撐方式”的這種膜片式光纖加速度計(jì)，包括保護(hù)筒、尾纖、支撐板、質(zhì)量塊、連接筒、安裝基座、光纖固定桿、光纖光柵、硬芯膜片和鎧裝光纜，所述的硬芯膜片是由彈性材料通過(guò)精密機(jī)械加工而成的，其周邊通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)密封固定在所述的質(zhì)量塊上，而膜片硬芯為桿狀，為帶有裝配螺紋的光纖膜片固定部，用于固定所述的光纖光柵一端的尾纖，并通過(guò)裝配螺紋將所述的硬芯膜片與所述的支撐板機(jī)械連接一起;所述的光纖固定桿上有光纖固定桿固定部，用于固定所述的光纖光柵另一端的尾纖;所述的光纖光柵預(yù)拉后，兩端的尾纖分別固定在光纖膜片固定部和光纖固定桿固定部;所述的光纖固定桿與所述的質(zhì)量塊的中心孔為孔軸間隙配合，并通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)焊接固定在一起;所述的連接筒分別通過(guò)裝配螺紋與所述的保護(hù)筒、支撐板和安裝基座密封裝配在一起，而所述的尾纖用所述的鎧裝光纜保護(hù)，并采取密封措施。
[0021] 在一個(gè)具體實(shí)施例中，通過(guò)改變所述的硬芯膜片的尺寸參數(shù)、材料參數(shù)以及所述的質(zhì)量塊的尺寸參數(shù)及其形狀，可以實(shí)現(xiàn)光纖加速度計(jì)的靈敏系數(shù)的調(diào)整。
[0022] 本實(shí)用新型專利提供了一種基于彈性膜片結(jié)構(gòu)的光纖加速度計(jì)設(shè)計(jì)方案，使基于光纖光柵傳感技術(shù)的振動(dòng)測(cè)量技術(shù)有了新的選擇。其提供了一種高精度、結(jié)構(gòu)緊湊的基于膜片結(jié)構(gòu)的光纖加速度計(jì)設(shè)計(jì)方案，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性不理想等技術(shù)問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是本實(shí)用新型的基于膜片周邊支撐方式的光纖加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2是本實(shí)用新型的“膜片中心桿支撐方式”的光纖加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖3、圖4和圖5是本實(shí)用新型的硬芯膜片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[〇〇26]其中:101-保護(hù)筒；102-尾纖；103-光纖光柵；104-膜片固定筒；105-安裝基座； 106-質(zhì)量塊；107-硬芯膜片；108-光纖膜片固定部；109-光纖固定筒固定部；110-密封膠； 111-鎧裝光纜。
[〇〇27] 201-保護(hù)筒；202-尾纖；203-支撐板；204-質(zhì)量塊；205-連接筒；206-安裝基座； 207-光纖固定桿;208-光纖固定桿固定部;209-光纖光柵;210-硬芯膜片；211-光纖膜片固定部;212-密封膠;213-鎧裝光纜。
[〇〇28] 301-整體膜片；302-硬芯；303-十字梁；304-十字梁膜片硬芯；305-花瓣?duì)钔祝?br> 306-花瓣?duì)钅て残尽?br>【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的膜片式光纖加速度計(jì)的【具體實(shí)施方式】。 [〇〇3〇]下面結(jié)合附圖1對(duì)本實(shí)用新型的膜片周邊支撐方式的具體實(shí)施作詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 如圖1所示，本實(shí)用新型的這種基于膜片周邊支撐方式的光纖加速度計(jì)，由包括保護(hù)筒101、尾纖102、光纖光柵103、膜片固定筒104、安裝基座105、質(zhì)量塊106、硬芯膜片107和鎧裝光纜111。其中，所述的硬芯膜片107是由彈性材料通過(guò)精密機(jī)械加工而成的，其周邊通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)密封固定在所述的膜片固定筒104上，其中一側(cè)的硬芯為光纖膜片固定部108， 用于固定所述的光纖光柵103—端的尾纖，而另一側(cè)硬芯帶有安裝螺孔，用于膜片與所述的質(zhì)量塊106的連接，所述的光纖光柵103和所述的質(zhì)量塊106分別固定在所述的硬芯膜片107 的兩側(cè)，并都在所述的硬芯膜片107的中心軸線上。所述的膜片固定筒104—側(cè)為光纖固定筒固定部109,用于固定所述的光纖光柵103的另一端的尾纖;所述的光纖光柵103的兩端的尾纖分別固定在所述的光纖膜片固定部108和所述的光纖固定筒固定109部，所述的光纖光柵固定時(shí)處于張緊狀態(tài)，其預(yù)拉伸量可以根據(jù)需要調(diào)整。具體地，將所述的光纖光柵103的一端固定在硬芯膜片107的光纖膜片固定部108,預(yù)拉后，將另一端固定在所述的膜片固定筒104的光纖固定筒固定部109;所述的保護(hù)筒101和所述的安裝基座105分別通過(guò)螺紋與所述的膜片固定筒104連接在一起，而所述的尾纖102用所述的鎧裝光纜111保護(hù)，并采取密封措施。
[0032] 具體地，本實(shí)施例1的制作過(guò)程如下:
[〇〇33] 1)將所述的光纖光柵103—端尾纖利用現(xiàn)有技術(shù)固定在所述的光纖膜片固定部
108；
[0034] 2)將所述的硬芯膜片107的周邊利用現(xiàn)有技術(shù)固定在所述的膜片固定筒104上的相應(yīng)位置；
[0035] 3)經(jīng)預(yù)拉伸后，將所述的光纖光柵103另一端的尾纖固定在所述的膜片固定筒上 104的光纖固定筒固定部109;
[0036] 4)所述的保護(hù)筒101通過(guò)螺紋與所述的膜片固定筒104密封裝配在一起；
[0037] 5)所述的質(zhì)量塊106通過(guò)螺紋與所述的硬芯膜片107固定在一起；
[0038] 6)所述的安裝基座105通過(guò)螺紋與所述的膜片固定筒104密封裝配在一起；
[0039] 7)所述的尾纖102穿過(guò)所述的保護(hù)筒101的中心孔，利用所述的鎧裝光纜111進(jìn)行保護(hù)，并利用所述的密封膠110進(jìn)行密封。
[0040] 本實(shí)用新型的基于膜片周邊支撐方式的光纖加速度計(jì)的工作過(guò)程是:將本實(shí)用新型所述的基于膜片周邊支撐方式的這種光纖加速度計(jì)通過(guò)所述的安裝基座105牢靠固定在待測(cè)結(jié)構(gòu)體上，并調(diào)整至水平狀態(tài)。這樣，當(dāng)待測(cè)結(jié)構(gòu)體以一定加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述的質(zhì)量塊106受到一個(gè)與加速度方向相反的慣性力作用，引起施加在所述的硬芯膜片107上的集中力的變化，進(jìn)而引起膜片硬芯的微位移，使所述的光纖光柵103受到拉伸或者壓縮，從而引起所述的光纖光柵103的中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng)，通過(guò)探測(cè)所述的光纖光柵103的中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng)量，即可計(jì)算得到待測(cè)結(jié)構(gòu)體的加速度信息。
[0041]下面結(jié)合附圖2對(duì)本實(shí)用新型的基于膜片中心桿支撐方式的光纖加速度計(jì)的具體實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。
[0042]如圖2所示，本實(shí)用新型的這種基于膜片支撐桿支撐方式的光纖加速度計(jì)包括保護(hù)筒201、尾纖202、支撐板203、質(zhì)量塊204、連接筒205、安裝基座206、光纖固定桿207、光纖光柵209、硬芯膜片210和鎧裝光纜213。其中，所述的硬芯膜片210是由彈性材料通過(guò)精密機(jī)械加工而成的，其周邊通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)密封固定在所述的質(zhì)量塊204上，而膜片硬芯為桿狀，其為帶有裝配螺紋的光纖膜片固定部211，用于固定所述的光纖光柵209—端的尾纖，并通過(guò)裝配螺紋將所述的硬芯膜片210與所述的支撐板203機(jī)械連接一起。所述的光纖固定桿207上具有光纖固定桿固定部208，用于固定所述的光纖光柵209的另一端的尾纖;所述的光纖光柵209的兩端的尾纖分別固定在光纖膜片固定部211和光纖固定桿固定部208，所述的光纖光柵209固定時(shí)處于張緊狀態(tài)，其預(yù)拉伸量可以根據(jù)需要調(diào)整。具體地，所述的光纖光柵209兩端的尾纖分別固定在光纖膜片固定部211和光纖固定桿固定部208;所述的光纖固定桿207與所述的質(zhì)量塊204的中心孔為孔軸間隙配合;所述的連接筒205分別通過(guò)裝配螺紋與所述的保護(hù)筒201、支撐板203和安裝基座206密封裝配在一起。
[0043]具體地，基于膜片中心桿支撐方式的光纖加速度計(jì)的制作過(guò)程如下:
[0044]I)將所述的硬芯膜片210的周邊利用現(xiàn)有技術(shù)固定在所述的質(zhì)量塊204上的相應(yīng)位置；
[0045]2)將所述的光纖光柵209—端尾纖利用現(xiàn)有技術(shù)固定在所述的光纖固定桿固定部208；
[0046]3)將所述的光纖固定桿207通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)密封固定在所述的質(zhì)量塊204的中心孔中；
[0047]4)經(jīng)預(yù)拉伸后，將所述的光纖光柵209另一端的尾纖固定在所述的硬芯膜片210上的光纖膜片固定部211;
[0048]5)將所述的硬芯膜片210通過(guò)裝配螺紋與所述的支撐板203牢靠連接在一起；
[0049]6)將所述的支撐板203通過(guò)螺紋與所述的連接筒205密封裝配在一起；
[0050]7)所述的保護(hù)筒201通過(guò)螺紋與所述的連接筒205密封裝配在一起；
[0051 ] 8)所述的安裝基座206通過(guò)螺紋與所述的連接筒205密封裝配在一起；
[0052]9)所述的尾纖202穿過(guò)所述的保護(hù)筒201的中心孔，利用所述的鎧裝光纜213進(jìn)行保護(hù)，并利用所述的密封膠112進(jìn)行密封。
[0053]本實(shí)用新型的基于膜片中心桿支撐方式的光纖加速度計(jì)的工作過(guò)程是:將本實(shí)用新型所述的基于膜片中心桿支撐方式的這種光纖加速度計(jì)通過(guò)所述的安裝基座206牢靠固定在待測(cè)結(jié)構(gòu)體上，并調(diào)整至水平狀態(tài)。這樣，當(dāng)待測(cè)結(jié)構(gòu)體以一定加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，所述的質(zhì)量塊204受到一個(gè)與加速度方向相反的慣性力作用，引起施加在所述的硬芯膜片210上的集中力的變化，進(jìn)而引起膜片硬芯相對(duì)所述的質(zhì)量塊204產(chǎn)生相對(duì)微位移，使所述的光纖光柵209受到拉伸或者壓縮，從而引起所述的光纖光柵209的中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng)，通過(guò)探測(cè)所述的光纖光柵209的中心反射波長(zhǎng)的移動(dòng)量，即可計(jì)算得到待測(cè)結(jié)構(gòu)體的加速度信息。
[0054]上述的兩個(gè)實(shí)施例中所述的硬芯膜片的材質(zhì)可以是不銹鋼、或者碳鋼、或者彈性合金、或者銅的一種。
[0055]另外，上述的兩個(gè)實(shí)施例中所述的硬芯膜片可以是平膜片、或者波紋膜片、或者波紋管、或者膜盒的一種。
[0056]而且，上述的兩個(gè)實(shí)施例中所述的硬芯膜片可以是整體膜片、或者十字梁、或者花瓣?duì)?花瓣的數(shù)目大于I，且均布)的一種，如圖3、圖4和圖5所示；
[0057]所述的光纖光柵可以由光纖F-P腔、或者鋼弦替代。
[0058]所述的質(zhì)量塊的形狀可以是圓柱體或者多棱體的一種。
[0059]通過(guò)改變所述的硬芯膜片的尺寸參數(shù)、材料參數(shù)以及所述的質(zhì)量塊的尺寸參數(shù)、材料參數(shù)及其形狀，可以實(shí)現(xiàn)光纖加速度計(jì)靈敏系數(shù)的調(diào)整。
[0060]以上所述僅為實(shí)用新型的具體實(shí)施例，并不是要對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型對(duì)其進(jìn)行等通過(guò)變化和修飾，均在本專利技術(shù)保護(hù)方案的范疇之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種膜片式光纖加速度計(jì)，其特征在于，包括: 保護(hù)筒，保護(hù)筒的筒體的下端敞開(kāi)，筒體的上端具有供鎧裝光纜穿過(guò)的孔； 安裝基座，安裝基座待放置在待測(cè)結(jié)構(gòu)體上，用于封閉保護(hù)筒的下端； 鎧裝光纜，鎧裝光纜的尾纖穿過(guò)保護(hù)筒的筒體上端的孔； 光纖光柵，光纖光柵的一端的尾纖與鎧裝光纜的尾纖連接； 膜片，膜片借助固定裝置固定，該固定裝置分別與保護(hù)筒和安裝基座連接；以及 質(zhì)量塊，質(zhì)量塊固定在膜片的一側(cè)，光纖光柵的另一端的尾纖固定在膜片上或質(zhì)量塊 上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片式光纖加速度計(jì)，其特征在于，光纖光柵的與鎧裝光纜的 尾纖連接的一端固定在固定裝置上，其另一端通過(guò)光纖膜片固定部固定在硬芯模片上的與 固定質(zhì)量塊的一側(cè)相反的一側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片式光纖加速度計(jì)，其特征在于，固定裝置為固定筒，該固 定筒分別與保護(hù)筒和安裝基座螺紋連接。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膜片式光纖加速度計(jì)，其特征在于，質(zhì)量塊與膜片通過(guò)螺紋連 接。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膜片式光纖加速度計(jì)，其特征在于，膜片的周邊密封固定在固 定筒上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片式光纖加速度計(jì)，其特征在于，光纖光柵的與鎧裝光纜的 尾纖連接的一端固定在膜片上，其另一端通過(guò)光纖固定桿固定部固定在與質(zhì)量塊固定連接 的固定桿上。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膜片式光纖加速度計(jì)，其特征在于，固定裝置包括連接筒和支 撐板，支撐板的內(nèi)緣與膜片的一端螺紋連接，支撐板的外緣與連接筒螺紋連接，并且連接筒 的兩端分別與保護(hù)筒和安裝基座螺紋連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的膜片式光纖加速度計(jì)，其特征在于，膜片的另一端與質(zhì)量塊密 封固定一起。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片式光纖加速度計(jì)，其特征在于，膜片是平膜片、波紋膜片、 波紋管、或者膜盒中的一種。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片式光纖加速度計(jì)，其特征在于，膜片是整體膜片、十字梁 或花瓣?duì)?，并且質(zhì)量塊的形狀是多棱體、或者圓柱體中的一種。
【文檔編號(hào)】G01P3/36GK205670157SQ201620102317
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年2月1日
【發(fā)明人】徐敏, 施招揚(yáng), 馬爽
【申請(qǐng)人】上海理工大學(xué), 上海鉑玨傳感科技有限公司, 馬爽