一种温度不敏感光纤光栅振动传感器

本发明涉及光纤传感，特别是涉及一种温度不敏感光纤光栅振动传感器。

背景技术：

1、振动振动传感器是振动测量的一个重要技术，在大型结构监测和设备故障检测中受到广泛的关注。与压电振动传感器和电磁式振动传感器相比，光纤光栅振动传感器有耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、可靠性好等各种优点，并且振动测量时对各种物理参数敏感，引起国内外研究学者的深入研究，并在航天航空、军事工业、铁路桥梁等领域中得到广泛的应用。

2、高精度的光纤光栅振动传感器对光纤光栅的波长稳定性有较高要求，但当环境的温度变化时，光纤光栅的中心波长因热光效应和弹光效应发生漂移，这造成振动测量产生误差。所以，对减小温度对光纤光栅振动传感器的影响、提高光纤光栅波长稳定性的研究具有重要的意义。处理光纤光栅振动传感器中温度交叉敏感问题的方法主要有：双波长法、双参量法和温度补偿法。这些方法都有各自的优缺点。例如：双波长法的结构简单，但光纤解调时困难、成本高。双参量法能实现温度和应变的同时测量，但光路复杂、不便于波长调制。温度补偿法的关键在于对传感单元进行特殊处理，对光栅有保护作用，但传感器结构设计封装要求高。

3、因此，需要设计一种新颖结构的光纤光栅振动传感器，满足传感器对温度不敏感、降低测量误差的实际需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中光纤光栅振动传感器温度交叉敏感的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种温度不敏感的光纤光栅振动传感器，所述光纤光栅振动传感器包括外壳和振动件，所述外壳包括一凸出部，所述凸出部向所述外壳内部延伸；

2、所述振动件置于所述外壳内部，所述振动件包括一质量块，所述质量块以往复摆动的方式配置在外壳内；

3、其中，所述质量块和所述凸出部之间形成一间隙，所述质量块和所述凸出部上安装光纤，所述光纤沿质量块往复摆动的方向延伸，并且所述光纤的光栅位于所述间隙内；

4、其中，所述质量块采用钽材料制备，所述凸出部采用殷钢材料制备。

5、优选地，所述凸出部表面开设第一光纤槽，所述质量块表面开设第二光纤槽，所述光纤嵌入到所述第一光纤槽和所述第二光纤槽内。

6、优选地，所述振动件还包括一弹片，所述弹片一端与所述外壳固定，所述弹片的另一端安装所述质量块，使所述质量块以往复摆动的方式配置在所述外壳内。

7、优选地，所述光纤光栅振动传感器的温度灵敏度系数通过如下方式表述：

8、

9、其中，kt为光纤光栅振动传感器的温度灵敏度系数，δλb为温度变化引起的光纤的光栅波长漂移量，λb为光纤的光栅中心波长，pe为光纤的光栅的有效弹光系数，ξ为光纤的热光系数，l为质量块和凸出部上固定光纤部分的长度，l1为凸出部的长度，l2为质量块和凸出部之间的间隙的宽度，a1为凸出部的热膨胀系数，a2为质量块的热膨胀系数，δt为温度变化量。

10、本发明的另一个目的在于提供一种温度不敏感的光纤光栅振动传感器的制备方法，所述制备方法包括：

11、s1、将质量块采用螺钉固定在弹片的一端，将弹片的另一端使用353nd胶粘贴在外壳的安装槽内并使用螺钉固定后，在加热平台上静置固化，使质量块以往复摆动的方式配置在外壳内；

12、其中，所述外壳包括一凸出部，所述质量块和所述凸出部之间形成一间隙，所述质量块采用钽材料制备，所述凸出部采用殷钢材料制备；

13、s2、将外壳和光纤分别使用夹具固定，在第一光纤槽和第二光纤槽内注入353nd胶，

14、调节夹具使光纤嵌入到第一光纤槽和第二光纤槽内，光纤的光栅位于间隙内；

15、s3、将封盖使用353nd胶粘贴在光纤固定完成的外壳上，完成光纤光栅振动传感器的封装。

16、本发明提供的一种温度不敏感的光纤光栅振动传感器及其制备方法，针对光纤光栅振动传感器温度交叉敏感的问题，使用双金属材料的热膨胀系数差设计结构，将随温度变化而变化的光纤光栅应变量补偿光纤光栅受热光效应引起的波长变化。本发明具有对温度不敏感的优点，减小振动测量误差，并对传感中的光栅起保护作用，适用范围广，可广泛应用于光纤通信与光纤传感领域。

技术特征：

1.一种温度不敏感光纤光栅振动传感器，其特征在于，所述光纤光栅振动传感器包括外壳和振动件，所述外壳包括一凸出部，所述凸出部向所述外壳内部延伸；

2.根据权利要求1所述的光纤光栅振动传感器，其特征在于，所述凸出部表面开设第一光纤槽，所述质量块表面开设第二光纤槽，所述光纤嵌入到所述第一光纤槽和所述第二光纤槽内。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅振动传感器，其特征在于，所述振动件还包括一弹片，所述弹片一端与所述外壳固定，所述弹片的另一端安装所述质量块，使所述质量块以往复摆动的方式配置在所述外壳内。

4.根据权利要求1所述的光纤光栅振动传感器，其特征在于，所述光纤光栅振动传感器的温度灵敏度系数通过如下方式表述：

5.一种温度不敏感的光纤光栅振动传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

技术总结
本发明提供了一种温度不敏感光纤光栅振动传感器，包括外壳和振动件，外壳包括一凸出部，凸出部向外壳内部延伸；振动件置于外壳内部，振动件包括一质量块，质量块以往复摆动的方式配置在外壳内；质量块和凸出部之间形成一间隙，质量块和凸出部上安装光纤，光纤沿质量块往复摆动的方向延伸，并且光纤的光栅位于所述间隙内；质量块采用钽材料制备，凸出部采用殷钢材料制备。本发明针对光纤光栅振动传感器温度交叉敏感的问题，使用双金属材料的热膨胀系数差设计结构，将随温度变化而变化的光纤光栅应变量补偿光纤光栅受热光效应引起的波长变化，具有对温度不敏感的优点，减小振动测量误差，并对传感中的光栅起保护作用。

技术研发人员：董明利,辛璟焘,庄炜,张旭,吕峥,李悦昕,张泽敏
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15