单体结构的光纤加速度传感器的制作方法

1.本实用新型实施例涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种单体结构的光纤加速度传感器。


背景技术：

2.随着科技工业的蓬勃发展，振动测量变得越来越重要。在航空航天制导系统、石油勘探的地震检波系统、建筑船舶等大型结构的健康监测系统等各个方面均需要高性能、高可靠性的振动传感器。
3.相对于传统的电学式加速度传感器，光纤加速度传感器具有抗电磁干扰、高灵敏度、大动态范围、易复用等优点，使其广泛地投入各类恶劣环境中使用，近年来受到科研人员的青睐。
4.本技术的发明人发现，现有的光纤加速度传感器，其结构均为重块-弹性梁的复合结构，通过增加重块重量来提高灵敏度，导致设计体积较大，难以适应某些小型化的特殊应用场合；更重要的是，这种分体的复合结构带来的横向串扰较大，对振动测试结果带来很大的负面影响。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种单体结构的光纤加速度传感器，以解决上述背景技术中的问题。
6.本实用新型实施例提供一种单体结构的光纤加速度传感器，包括：质量块、光纤、反射镜和耦合器；
7.所述质量块呈长方体形；
8.所述质量块的左侧设有第一安装槽，右侧设有第二安装槽；
9.所述质量块设有多根分隔槽，多根所述分隔槽用于使所述质量块分隔为外框架和振动块；
10.所述光纤包括：第一光纤和第二光纤；
11.所述第一光纤绕设在所述第一安装槽内，且所述第一光纤的顶端抵持在所述振动块上，底端抵持在所述外框架上；
12.所述第二光纤绕设在所述第二安装槽内，且所述第二光纤的顶端抵持在所述外框架上，底端抵持在所述振动块上；
13.所述第一光纤和第二光纤的左端连接在所述耦合器上，右端分别与反射镜连接。
14.基于上述方案可知，本实用新型的单体结构的光纤加速度传感器，通过设置质量块、光纤、反射镜和耦合器，质量块设有第一安装槽、第二安装槽和多根分隔槽，多根分隔槽使质量块分隔为外框架和振动块，光纤包括：第一光纤和第二光纤，第一光纤和第二分别绕设在质量块的第一安装槽和第二安装槽内，左端连接在耦合器上，右端分别与反射镜连接。本实用新型的单体结构的光纤加速度传感器，通过分隔槽将质量块分隔为一体式的外框架
和振动块，简化整体结构，减小整体体积；且质量块只针对一个方向激励信号敏感，其余两个方向激励响应很小，提高了传感器的灵敏度。
15.在一种可行的方案中，所述分隔槽包括：第一左分隔槽、第二左分隔槽、第三左分隔槽、第四左分隔槽、第一右分隔槽、第二右分隔槽、第三右分隔槽和第四右分隔槽；
16.所述第一左分隔槽和所述第二左分隔槽呈c型，间隔的设置在所述质量块的左侧，所述第三左分隔槽设置在所述第一左分隔槽和所述第二左分隔槽之间，且延伸至所述第一安装槽，所述第四左分隔槽设置在所述第一左分隔槽和所述第二左分隔槽之间，且延伸至所述第二安装槽；
17.所述第一右分隔槽和所述第二右分隔槽呈c型，间隔的设置在所述质量块的右侧，所述第三右分隔槽设置在所述第一右分隔槽和所述第二右分隔槽之间，且延伸至所述第一安装槽，所述第四右分隔槽设置在所述第一右分隔槽和所述第二右分隔槽之间，且延伸至所述第二安装槽。
18.在一种可行的方案中，所述第一左分隔槽和所述第二左分隔槽分别与所述第一右分隔槽和所述第二右分隔槽呈镜像对称设置。
19.在一种可行的方案中，所述第四左分隔槽和所述第三右分隔槽均呈z型。
20.在一种可行的方案中，所述第一安装槽和第二安装槽的顶面和底面呈圆弧形。
21.在一种可行的方案中，所述质量块在所述第一安装槽和所述第二安装槽处设有挡板。
22.在一种可行的方案中，所述质量块的侧壁设有工艺孔。
23.在一种可行的方案中，所述分隔槽通过线切割的方法制成。
24.在一种可行的方案中，所述质量块的材质为不锈钢。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本实用新型实施例中的单体结构的光纤加速度传感器的示意图；
27.图2为本实用新型实施例中的质量块的示意图；
28.图3为本实用新型实施例中的质量块的另一角度示意图。
29.图中标号：
30.1、质量块；1001、挡板；101、第一安装槽；102、第二安装槽；1031、第一左分隔槽；1032、第二左分隔槽；1033、第三左分隔槽；1034、第四左分隔槽；1035、第一右分隔槽；1036、第二右分隔槽；1037、第三右分隔槽；1038、第四右分隔槽；104、工艺孔；11、外框架；12、振动块；2、光纤；21、第一光纤；22、第二光纤；3、反射镜；4、耦合器。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描
述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介的间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
34.下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
35.图1为本实用新型实施例中的单体结构的光纤加速度传感器的示意图，图2为本实用新型实施例中的质量块的示意图，图3为本实用新型实施例中的质量块的另一角度示意图。如图1至图3所示，本实施例的单体结构的光纤加速度传感器，包括：质量块1、光纤2、反射镜3和耦合器4。
36.质量块1呈长方体形。
37.质量块1的左侧在竖直方向设有第一安装槽101，质量块1的右侧在竖直方向设有第二安装槽102，第一安装槽101和第二安装槽102均位于质量块1的中部位置，且第一安装槽101和第二安装槽102在竖直方向上间隔有一定的距离。
38.质量块1的内部设有多根分隔槽，多根分隔槽在质量块1上均不相交，质量块1上的分隔槽将质量块1分隔为外部的外框架11和内部的振动块12(弹性体)。当然，分隔后的外框架11和振动块12为一体结构。
39.光纤2设有两根，包括：第一光纤21和第二光纤22。
40.第一光纤21绕设在质量块1的第一安装槽101内，且第一光纤21在绕设时第一光纤21的顶端抵持在质量块1的振动块12上，第一光纤21的底端抵持在质量块1的外框架11上。
41.第二光纤22绕设在质量块1的第二安装槽102内，且第二光纤22在绕设时第二光纤22的顶端抵持在质量块1的外框架11上，第二光纤22的底端抵持在质量块1的振动块12上。
42.第一光纤21和第二光纤22的左端伸出质量块1，并连接在耦合器4上，第一光纤21和第二光纤22的右端伸出质量块1，分别与两块反射镜3连接。
43.通过上述内容不难发现，本实施例的单体结构的光纤加速度传感器，通过设置质量块、光纤、反射镜和耦合器，质量块设有第一安装槽、第二安装槽和多根分隔槽，多根分隔槽使质量块分隔为外框架和振动块，光纤包括：第一光纤和第二光纤，第一光纤和第二分别绕设在质量块的第一安装槽和第二安装槽内，左端连接在耦合器上，右端分别与反射镜连接。本实施例的单体结构的光纤加速度传感器，通过分隔槽将质量块分隔为一体式的外框
架和振动块，简化整体结构，减小整体体积；且质量块只针对一个方向激励信号敏感，其余两个方向激励响应很小，提高了传感器的灵敏度。
44.可选的，如图2、图3所示，本实施例中的单体结构的光纤加速度传感器，所述分隔槽包括：第一左分隔槽1031、第二左分隔槽1032、第三左分隔槽1033、第四左分隔槽1034、第一右分隔槽1035、第二右分隔槽1036、第三右分隔槽1037和第四右分隔槽1038。
45.第一左分隔槽1031和第二左分隔槽1032呈c型，间隔的设置在质量块1的左侧。第三左分隔槽1033水平的设置在质量块1的左侧上部，第三左分隔槽1033的左侧位于第一左分隔槽1031和第二左分隔槽1032的空隙之间，第三左分隔槽1033的右侧延伸至第一安装槽101，在第一安装槽101的侧壁上形成开口。第四左分隔槽1034设置在质量块1的左侧下部，第四左分隔槽1034的左侧位于第一左分隔槽1031和第二左分隔槽1032的空隙之间，第四左分隔槽1034的右侧延伸至第二安装槽102，在第二安装槽102的侧壁上形成开口。
46.第一右分隔槽1035和第二右分隔槽1036呈c型，间隔的设置在质量块1的右侧。第三右分隔槽1037设置在质量块1的右侧上部，第三右分隔槽1037的右侧位于第一右分隔槽1035和第二右分隔槽1036的空隙之间，第三右分隔槽1037的左侧延伸至第一安装槽101，在第一安装槽101的侧壁上形成开口。第四右分隔槽1038水平的设置在质量块1的右侧下部，第四右分隔槽1038的右侧位于第一右分隔槽1035和第二右分隔槽1036的空隙之间，第四右分隔槽1038的左侧延伸至第二安装槽102，在第二安装槽102的侧壁上形成开口。
47.进一步的，本实施例中的单体结构的光纤加速度传感器，第一左分隔槽1031和第一右分隔槽1035在质量块1上呈左右镜像对称设置，第二左分隔槽1032与第二右分隔槽1036在质量块1上呈左右镜像对称设置。
48.进一步的，本实施例中的单体结构的光纤加速度传感器，第四左分隔槽1034呈折弯的z型，第四左分隔槽1034的左侧(底部)延伸到第一左分隔槽1031和第二左分隔槽1032的空隙之间，第四左分隔槽1034的右侧(顶部)延伸到第二安装槽102内，在第二安装槽102的侧壁上形成开口。
49.第三右分隔槽1037呈折弯的z型，第三右分隔槽1037的左侧(底部)延伸到第一安装槽101内，在第一安装槽101的侧壁上形成开口，第三右分隔槽1037的右侧(顶部)延伸到第一右分隔槽1035和第二右分隔槽1036的空隙之间。
50.可选的，本实施例中的单体结构的光纤加速度传感器，质量块1上的第一安装槽101和第二安装槽102的顶面和底面均呈光滑的圆弧形，以防止对光纤造成损伤。
51.进一步，本实施例中的单体结构的光纤加速度传感器，质量块1在第一安装槽101和第二安装槽102的侧面设有挡板1001，防止光纤2从质量块1的安装槽内滑出。
52.可选的，本实施例中的单体结构的光纤加速度传感器，质量块1在左右侧壁上设有工艺孔104。
53.光纤2在质量块1上绕制时，通过工艺孔104使质量块1可旋转的固定，方便光纤2的绕设。
54.可选的，本实施例中的单体结构的光纤加速度传感器，质量块1上的所有分隔槽均通过线切割的方法切割而成，方便分隔槽的加工。
55.进一步的，本实施例中的单体结构的光纤加速度传感器，质量块1的材质为316l型不锈钢。
56.本实用新型的单体结构的光纤加速度传感器，其工作原理为：
57.当质量块的外框架以向上的加速度运动时，振动块将受到与运动方向相反的惯性力的作用，使得缠绕在质量块左侧的光纤拉伸，右侧的光纤压缩，形成推挽式结构。这样，缠绕在质量块上的光纤长度就会随之变化，即左侧的光纤被拉长，右侧的光纤被缩短，从而导致光在两根光纤中的传播路程不等，使得两束光产生了相位差，通过把这种相位差转换成光强的变化输出。输出后的干涉光信号由光电探测器探测，将光信号转换为电信号提供给信号处理电路，从而获得待测的加速度信号。
58.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。
59.而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
61.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。