CN115308437B 基于对称悬臂梁的低频fbg加速度传感器及其制作方法 （防灾科技学院）

基于对称悬臂梁的低频FBG加速度传感器及本发明公开了一种基于对称悬臂梁的低频FBG加速度传感器及其制作方法，涉及光纤传感器进行结构参数优化，采用ANSYSWorkbench对2置且完全相同，两质量块分别对称放置在悬臂梁的上下表面，构成弹簧_质量惯性振动系敏感元件设计有四个悬臂梁和四个翼展，其中两个翼展上分别带有一个螺所述基于对称悬臂梁的低频FBG加速度传感器的制作工艺中，根据传感器结构的力学基于优化后的结构参数制作加速度传感器；悬臂梁长度L为6mm_7mm，悬臂梁宽度B为2.如权利要求1所述的基于对称悬臂梁的低频3.如权利要求1所述的基于对称悬臂梁的低4.基于前述权利要求1所述的基于对称悬臂5.如权利要求4所述的基于对称悬臂梁的低频FBG加6.如权利要求4所述的基于对称悬臂梁的低频FBG加速度传7.如权利要求4所述的基于对称悬臂梁的低频FBG加34[0001]本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于对称悬臂梁的低频FBG加速度[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技Lim等人设计了一种带有磁阻尼器的水平悬臂梁光纤光栅加速度传感器，该传感器采用磁JianzhiLi等人提出一种基于转动支承梁的FBG低频加速度传感器，该传感器主体结构紧凑且简单，易于安装并具有较好的低频特性。实验表明该传感器的工作频率范围为0.5_[0005]针对现有低频FBG加速度传感器灵敏度低且体积较大的问题，本发明的目的是提供一种基于对称悬臂梁的低频FBG加速度传感器及其制作方法。根据传感器结构的力学模型，推导出传感器的灵敏度和固有频率表达式；然后对传感器进行结构参数优化，采用[0007]本公开第一方面提供了一种基于对称悬臂梁的低频FBG加速度传感器，包括：外5得两质量块处于壳体内部的中心位置且与壳体内部均有一定的[0012]本公开第二方面提供了一种基于对称悬臂梁的低频FBG加速度传感器的制作方6[0035]图5为本发明实施例二中低频FBG加速度传感器灵敏度和固有频率随悬臂梁长度[0036]图6为本发明实施例二中低频FBG加速度传感器灵敏度和固有频率随悬臂梁宽度[0037]图7为本发明实施例二中低频FBG加速度传感器灵敏度和固有频率随悬臂梁厚度[0041]图11(a)为本发明实施例二中低频FBG加速度传感器在20Hz线性度下的波长漂移[0042]图11(b)为本发明实施例二中低频FBG加速度传感器在40Hz线性度下的波长漂移7[0052]作为进一步的技术方案，下壳体同样有设计6个螺孔方便与上壳体、敏感元件固敏感元件进行装配，使得两质量块3处于壳体内部的中心位置且与壳体内部均有一定的距8[0060]本公开实施例二提供了一种基于对称悬臂梁的低频FBG加速度传感器的制作方[0077]由式(5)可知，传感器灵敏度大小和传感器敏感元件受迫振动时产生的应变大小9[0078]待测振动信号的可测量频带范围由FBG加速度传感器的固有频率决定。传感器的因此，在其他参量已定的情况下，采用Solidworks对不同尺寸的悬臂梁进行建模，利用ANSYSWorkbench进行静应力与模态仿真分析，分别研究这3个关键参量对传感器灵敏度和[0084]其次，分析悬臂梁宽度B在0.5_1mm变化时，对传感器灵敏度S和固有频率F0的影响。得到仿真结果及其拟合曲线如图6所示。传感器灵敏度S随着悬臂梁宽度B的增大而降响。得到仿真结果及其拟合曲线如图7所示。传感器灵敏度S随着悬臂梁厚度H的增大而降[0087]通过分析3个关键参量对传感器灵敏度和固有频率的影响，考虑材料选取和加工0.7gFBG中心波长λB0.22[0091]为了进一步研究对称悬臂梁小型化低频FBG加速度传感器的动态响应特性，使用Solidworks软件对传感器进行实体建模，并将建模结果导入ANSYSWorkbench软件进行仿[0096]低频振动实验测试平台，如图9所示，其中信号函数发生器采用普源精电公司的纤布拉格光栅解调仪采用北京为韵科技有限公司MWY_FBG_CS800型号，其采样频率最高可[0097]首先在实验中，调节信号发生器使振动台输出加[0098]为获得传感器在不同频率激励下的灵敏度特性，当振动频率分别为20Hz和40Hz度分别为678.8pm/g和684.7pm/g，且传感器的重复性误差分别是[0102]而最大波长漂移值λmax主要受传感器弹性元件弹性形变范围及光栅预应力的制seismicsystem)中C类加速度传感器动的结构设计中已经尽可能地提高传感器的抗干扰能力，比如悬臂梁采用小而多的设计方感器Z轴向的横向干扰度小于2.2而X轴向的横向干扰度小于4.9与模态仿真结果相[0104]相较于激振信号，冲击信号是一个非稳态的瞬时信号且包含比较丰富的振动信[0105]针对现有低频FBG加速度传感器灵敏度低且体积较大的问题，提出一种基于对称[0106]抗干扰能力和冲击响应。实验结果表明，该传感器固有频率为72Hz，灵敏度为需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保