【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤光栅传感器，具体涉及一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器及制备方法。
技术介绍
1、光纤光栅（fbg）传感器最显著的优势在于能够将被测物理量进行波长调制，使得传感器输出信号不受光强、连接光纤以及耦合器损耗或者光源能量的影响。
2、振动测量是监测结构安全状况的重要手段，然而光纤光栅振动传感器在测量过程中面临着温度和应变交叉敏感的问题，即光纤光栅振动传感器检测应力产生的轴向应变造成光纤光栅中心波长的漂移，而外界环境温度的波动也会引起光纤光栅中心波长的漂移，进而影响测量数据的准确性。此外，外界环境温度变化还会导致传感器结构内部热应力对传感器结构尺寸和材料弹性模量的影响，从而影响传感器性能，降低测量精度。因此，为了降低光纤光栅振动传感器的温度敏感性，必须对光纤光栅进行温度补偿封装，以减小温度变化对光纤光栅中心波长的影响。
3、公开号cn 110531110 a公开的一种基于u型槽结构的光纤光栅二维加速度传感器，该传感器通过在芯体的中部主体上下分别开设两对背向设置的u型槽结构，实现对光纤光栅振动传感器转换弹性体的设计，惯性体和底座周向外表面都均匀地开设有四个光纤槽，四根光纤光栅通过施加一定的预应力安装到光纤槽内，四根光纤光栅处于相邻两两垂直的方向，方便用于检测两个垂直方向上的振动。该传感器利用两根光纤光栅之间的波长漂移差作为输出信号，从而消除由于共同环境温度变化引起的同向波长漂移对测量结果的影响，具有温度补偿的效果。然而此种方法是基于理想情况下，温度变化影响导致的两个光纤光栅的中心波长偏移相同，
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器及制备方法，通过将温度变化引起光纤光栅的中心波长变化量与光纤光栅固定点之间热膨胀导致距离变化产生应力引起的光纤光栅的中心波长变化量相抵消，进而使得光纤光栅的中心波长不受温度变化的影响，实现光纤光栅振动传感器的温度自补偿。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，包括高热膨胀系数的质量块、基座和低热膨胀系数的x型柔性铰链，所述基座上设置有壳体，所述壳体将所述质量块和所述x型柔性铰链包裹，所述质量块和所述基座上下间隔相对设置，所述质量块和所述基座之间布置所述x型柔性铰链，所述x型柔性铰链的两端分别与所述质量块和所述基座连接；在所述质量块和所述基座的同侧外周轴向设置有光纤光栅，所述光纤光栅位于所述质量块和所述基座之间且施加有预应力，用于检测垂直方向上的振动。
4、进一步，所述x型柔性铰链至少包括一对，一对所述x型柔性铰链平行间隔设置，所述x型柔性铰链的上下端分别设置有凸台，所述质量块的下端和所述基座的上端均开设有凹槽，所述凸台与相应的所述凹槽插接配合。
5、进一步，所述质量块的一侧端面中轴线处轴向设置有上光纤槽，所述基座的一侧端面中轴线处轴向设置有下光纤槽，所述上光纤槽和所述下光纤槽同轴，所述光纤光栅的两端尾纤分别固定在所述上光纤槽内和所述下光纤槽内。
6、进一步，所述凸台为柱销，所述凹槽为柱孔，所述柱销和相应的所述柱孔过盈配合。
7、进一步，所述基座上设置有与所述下光纤槽贯通的穿纤孔，所述光纤光栅的一端尾纤穿过所述穿纤孔且延伸出所述基座。
8、进一步，所述基座包括上基板和下基板，所述上基板层叠在所述下基板上，所述下基板的外周延伸出所述上基板的外周。
9、进一步，所述下光纤槽设置在所述上基板上，所述穿纤孔设置在所述下基板上且与所述下光纤槽贯通。
10、进一步，所述质量块和所述基座均采用铝合金制作，所述x型柔性铰链采用殷钢制作。
11、进一步，所述光纤光栅的两端尾纤通过环氧树脂分别固定在所述上光纤槽内和下光纤槽内，至少位于所述环氧树脂内的尾纤为裸光纤。
12、本专利技术还提供一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器的制备方法，包括以下步骤，
13、步骤s1：将x型柔性铰链、质量块和基座进行过盈配合热装；
14、步骤s2：对光纤光栅施加一定的预应力后，将所述光纤光栅两端的尾纤分别固定在所述质量块外周和所述基座外周，所述光纤光栅位于所述质量块和基座之间，所述光纤光栅至少一端的尾纤延伸出所述基座；
15、步骤s3：在所述基座上装配壳体。
16、本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点和效果：
17、本专利技术提供的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器及制备方法，旨在解决光纤光栅振动传感器在进行振动测量时出现的应变和温度交叉敏感问题，本专利技术通过将光纤光栅固定在高热膨胀系数的质量块和基座之间，质量块和基座之间通过低热膨胀系数的x型柔性铰链进行连接，通过对质量块、基座和x型柔性铰链的尺寸及材料的热膨胀系数的选择，使得温度变化引起光纤光栅的中心波长变化量与光纤光栅固定点之间热膨胀导致距离变化产生应力引起的光纤光栅的中心波长变化量相抵消，最终使得光纤光栅的中心波长不受温度变化的影响，实现光纤光栅振动传感器的温度自补偿。
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1.一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：包括高热膨胀系数的质量块（2）、基座（5）和低热膨胀系数的X型柔性铰链（3），所述基座（5）上设置有壳体（1），所述壳体（1）将所述质量块（2）和所述X型柔性铰链（3）包裹，所述质量块（2）和所述基座（5）上下间隔相对设置，所述质量块（2）和所述基座（5）之间布置所述X型柔性铰链（3），所述X型柔性铰链（3）的两端分别与所述质量块（2）和所述基座（5）连接；在所述质量块（2）和所述基座（5）的同侧外周轴向设置有光纤光栅（4），所述光纤光栅（4）位于所述质量块（2）和所述基座（5）之间且施加有预应力，用于检测垂直方向上的振动。
2.根据权利要求1所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：所述X型柔性铰链（3）至少包括一对，一对所述X型柔性铰链（3）平行间隔设置，所述X型柔性铰链（3）的上下端分别设置有凸台，所述质量块（2）的下端和所述基座（5）的上端均开设有凹槽，所述凸台与相应的所述凹槽插接配合。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：所述质量块
4.根据权利要求2所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：所述凸台为柱销（301），所述凹槽为柱孔，所述柱销（301）和相应的所述柱孔过盈配合。
5.根据权利要求3所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：所述基座（5）上设置有与所述下光纤槽（506）贯通的穿纤孔（503），所述光纤光栅（4）的一端尾纤穿过所述穿纤孔（503）且延伸出所述基座（5）。
6.根据权利要求5所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：所述基座（5）包括上基板（502）和下基板（501），所述上基板（502）层叠在所述下基板（501）上，所述下基板（501）的外周延伸出所述上基板（502）的外周。
7.根据权利要求6所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：所述下光纤槽（506）设置在所述上基板（502）上，所述穿纤孔（503）设置在所述下基板（501）上且与所述下光纤槽（506）贯通。
8.根据权利要求7所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：所述质量块（2）和所述基座（5）均采用铝合金制作，所述X型柔性铰链（3）采用殷钢制作。
9.根据权利要求8所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：所述光纤光栅（4）的两端尾纤通过环氧树脂分别固定在所述上光纤槽（202）内和下光纤槽（506）内，至少位于所述环氧树脂内的尾纤为裸光纤。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
...【技术特征摘要】
1.一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：包括高热膨胀系数的质量块（2）、基座（5）和低热膨胀系数的x型柔性铰链（3），所述基座（5）上设置有壳体（1），所述壳体（1）将所述质量块（2）和所述x型柔性铰链（3）包裹，所述质量块（2）和所述基座（5）上下间隔相对设置，所述质量块（2）和所述基座（5）之间布置所述x型柔性铰链（3），所述x型柔性铰链（3）的两端分别与所述质量块（2）和所述基座（5）连接；在所述质量块（2）和所述基座（5）的同侧外周轴向设置有光纤光栅（4），所述光纤光栅（4）位于所述质量块（2）和所述基座（5）之间且施加有预应力，用于检测垂直方向上的振动。
2.根据权利要求1所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：所述x型柔性铰链（3）至少包括一对，一对所述x型柔性铰链（3）平行间隔设置，所述x型柔性铰链（3）的上下端分别设置有凸台，所述质量块（2）的下端和所述基座（5）的上端均开设有凹槽，所述凸台与相应的所述凹槽插接配合。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征在于：所述质量块（2）的一侧端面中轴线处轴向设置有上光纤槽（202），所述基座（5）的一侧端面中轴线处轴向设置有下光纤槽（506），所述上光纤槽（202）和所述下光纤槽（506）同轴，所述光纤光栅（4）的两端尾纤分别固定在所述上光纤槽（202）内和所述下光纤槽（506）内。
4.根据权利要求2所述的一种具有温度自补偿的光纤光栅振动传感器，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：马志波，宋恩重，喜奇，苑曦宸，杨正兵，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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