专利名称：光纤光栅二维振动传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器，特别涉及一种光纤光栅二维振动传感器。
背景技术：
光纤光栅(以下简称FBG)传感器与传统的电类传感器相比有很多优点，如无源无电、抗电磁干扰、信号传输距离远、采用一根光纤可实现多点分布式测量等，因此，在传感领域倍受关注。我国是山地大国，崩塌、落石灾害较为频繁，对铁路安全运输构成严重威胁，随着我国高速铁路的快速发展，铁路沿线地质灾害监测预警技术愈发得到重视。铁路沿线两侧的被动柔性防护网及防护栅栏，用来拦截滚石等异物入侵铁路限界，通过在柔性防护网及防护栅栏上安装光纤光栅振动传感器，可以通过监测其受异物冲击的强度及冲击前后的状·态，来判断防护网是否被损坏，异物是否已经侵限，为铁路安全运营提供保障。专利号为200410020833的中国专利“光纤束微振动光纤传感器及其使用方法”，包含各种较为复杂的光信号处理装置，传感器受光源强度波动影响大，且不能串接复用，不具备光栅传感器的一根光纤分布式测量的优点。专利号200710177785. X的专利“一种光纤振动传感器”，采用阻尼设备，可调节传感器的固有频率，可获得较好的幅频特性曲线，但此带阻尼结构的传感器受温度影响较大，且构造较为复杂。专利号ZL200720021749. X的专利“三分量光纤光栅振动传感器”，三个不同的橡胶块分别粘贴有三个光栅，通过一锥形体固定与被测物体来测量三个方向上的振动。这种结构，橡胶材料受温度影响较大，且被测物体的各个方向上的振动不能很好的传递给传感器，传感器所测振动容易失真。专利号为201010181489. 9的中国专利“温度自补偿型的双光栅对称推挽式光纤光栅振动传感器”具备温度补偿功能，但对两个光栅进行了预拉伸，光栅质量性能减弱，不利于长期工作，且工作频率范围较低，应用范围受到限制。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光纤光栅二维振动传感器，各项特性指标良好，可以在大型土木工程、柔性防护网、防护栅栏等的健康状态监测中得到应用。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下本实用新型光纤光栅二维振动传感器，其特征是它包括设置于盒体内的钢管，钢管的两端与盒体固定连接，钢管的中部固定设置有质量块，在质量块两侧的钢管表面上分别粘贴固定第一对光纤光栅、第二对光纤光栅，由相错180度的一号光纤光栅、二号光纤光栅构成的第一对光纤光栅位于竖直平面上，由相错180度的三号光纤光栅、四号光纤光栅构成的第二对光纤光栅位于水平面上，一号光纤光栅与二号光纤光栅串接，二号光纤光栅与三号光纤光栅，三号光纤光栅与四号光纤光栅串接，四号光纤光栅的另一端与引出盒体的尾纤连接。本实用新型的有益效果是，采用光栅的波长变化量差值来反映振动情况，灵敏度高，两个光栅波长漂移方向相反，相减后灵敏度增加一倍，由温度带来的光栅波长同向漂移被减掉消除一号、二号光栅由垂直于纸面方向的振动带来的应变也是同向的，差值后可消除此影响。各项特性指标良好，可以在大型土木工程、柔性防护网、防护栅栏等的健康状态监测中得到应用。
本说明书包括如下一幅附图图I是本实用新型光纤光栅二维振动传感器图中示出零部件、部位名称及所对应的标记盒盖11、底座12、钢管20、质量块21、一号光纤光栅31、二号光纤光栅32、三号光纤光栅33、四号光纤光栅34。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。参照图1，本实用新型的光纤光栅二维振动传感器，它包括设置于盒体内的钢管20，钢管20的两端与盒体固定连接，钢管20的中部固定设置有质量块21，在质量块21两侧的钢管20表面上分别粘贴固定第一对光纤光栅、第二对光纤光栅，由相错180度的一号光纤光栅31、二号光纤光栅32构成的第一对光纤光栅位于竖直平面上，由相错180度的三号光纤光栅33、四号光纤光栅34构成的第二对光纤光栅位于水平面上，一号光纤光栅31与二号光纤光栅32串接，二号光纤光栅32与三号光纤光栅33，三号光纤光栅33与四号光纤光栅34串接，四号光纤光栅34的另一端与引出盒体的尾纤连接。所述盒体通常由可拆卸连接的盒盖11、底座12构成，钢管20焊接固定于底座12上。本实用新型的测量原理如下如图I所示，外界给予传感器一个冲击时，质量块21自身产生加速度，给钢管20一个作用力。钢管20受向下或者向上方向力作用时，其上下边线上一号光纤光栅31、二号光纤光栅32粘贴处上应变较大，而侧面边线上三号光纤光栅33、四号光纤光栅34应变远小于上下边线处应变。相反，当力沿垂直于纸面的两个方向作用时，侧面边线上光栅应变远大于上下边线上光栅应变。采用光栅应变的差值来反映振动情况，当只有上下方向的冲击时，一号光纤光栅31、二号光纤光栅32会产生反向且大小相等的应变，而三号光纤光栅33、四号光纤光栅34应变小,且应变符号一致。Sax1为一号光栅波长变化量，δ λ 2为二号光栅波长变化量。取λ λ = Δ λ λ2, Δ λ的变化来反映上下方向的振动情况。另一方向的振动测量同理可得。本实用新型采用光栅的波长变化量差值来反映振动情况，具有以下优点灵敏度高，两个光栅波长漂移方向相反，相减后灵敏度增加一倍；温度补偿，由温度带来的光栅波长同向漂移被减掉消除；垂直于纸面方向的振动带来的波长变化，一号光纤光栅31、二号光纤光栅32由垂直于纸面方向的振动带来的应变也是同向的，差值后可消除此影响。以上所述只是用图解说明本实用新型光纤光栅二维振动传感器的一些原理，并非是要将本实用新型局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。
权利要求1.光纤光栅二维振动传感器，其特征是它包括设置于盒体内的钢管(20)，钢管(20)的两端与盒体固定连接，钢管(20)的中部固定设置有质量块(21)，在质量块(21)两侧的钢管(20)表面上分别粘贴固定第一对光纤光栅、第二对光纤光栅，由相错180度的一号光纤光栅(31)、二号光纤光栅(32)构成的第一对光纤光栅位于竖直平面上，由相错180度的三号光纤光栅(33)、四号光纤光栅(34)构成的第二对光纤光栅位于水平面上，一号光纤光栅(31)与二号光纤光栅(32)、二号光纤光栅(32)与三号光纤光栅(33)、三号光纤光栅(33)与四号光纤光栅(34)串接，四号光纤光栅(34)的另一端与引出盒体的尾纤连接。
2.如权利要求I所述光纤光栅二维振动传感器其特征是所述盒体由可拆卸连接的盒盖(11)、底座(12)构成，钢管(20)焊接固定于底座(12)上。
专利摘要光纤光栅二维振动传感器，各项特性指标良好，可以在大型土木工程、柔性防护网、防护栅栏等的健康状态监测中得到应用。它包括设置于盒体内的钢管，钢管的两端与盒体固定连接，钢管的中部固定设置有质量块，在质量块两侧的钢管表面上分别粘贴固定第一对光纤光栅、第二对光纤光栅，由相错180度的一号光纤光栅、二号光纤光栅构成的第一对光纤光栅位于竖直平面上，由相错180度的三号光纤光栅、四号光纤光栅构成的第二对光纤光栅位于水平面上，一号光纤光栅与二号光纤光栅、二号光纤光栅与三号光纤光栅、三号光纤光栅与四号光纤光栅串接。
文档编号G01H9/00GK202693118SQ20122036430
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者褚宇光, 王智猛, 李安洪, 魏永幸, 赖紫辉, 张东生, 戴玉堂 申请人:中铁二院工程集团有限责任公司