一种光纤光栅温度自补偿型加速度传感器

摘要

一种光纤光栅温度自补偿型加速度传感器，包括等强度梁、两条光纤光栅、金属支座、金属保护外壳和质量块，等强度梁的一端与支座固定连接，第一号光纤光栅和第二号光纤光栅分别粘贴在等强度梁上下表面的轴线上，并将第一号和第二号光纤光栅串联熔接，等强度梁的另外一端固定连接有质量块，金属保护外壳将等强度梁和质量块封装在内，在测量中，由于环境温度变化使光纤光栅产生的波长变化量通过一系列方法进行消除，进而求得实际应变导致的波长变化量，从而实现温度的自补偿功能；本发明具有灵敏度高、精确度高、耐久性好的优点，可以根据实际的测量要求改变设计尺寸来调节量程。

主权项

1.一种光纤光栅温度自补偿型加速度传感器，包括等强度梁、两根光纤光栅、金属支座、金属保护外壳和质量块，其特征在于：所述的等强度梁形状为三角形，其横截面为矩形；等强度梁的一端与支座固定连接，第一号光纤光栅和第二号光纤光栅分别粘贴在等强度梁上下表面的轴线上，并将第一号和第二号光纤光栅串联熔接，等强度梁的另外一端固定连接有质量块，金属保护外壳将等强度梁和质量块封装在内，在测量中，由于环境温度变化使光纤光栅产生的中心波长变化量通过下面的方法进行消除，进而求得实际应变导致的波长变化量，从而实现温度的自补偿功能；方法如下：$\frac{{\mathrm{\Delta \lambda }}_1}{{\lambda }_1}=(1-P_e){ϵ}_1+(\alpha +\zeta ){\mathrm{\Delta T}}_1---\left(1\right)$$\frac{{\mathrm{\Delta \lambda }}_2}{{\lambda }_2}=(1-P_e){ϵ}_2+(\alpha +\zeta ){\mathrm{\Delta T}}_2---\left(2\right)$式中，α为光纤的热膨胀系数；ζ为光纤的热光系数；P_e为光纤光栅光弹系数；考虑等强度梁的性质及ΔT₁＝ΔT₂，ε₁＝-ε₂＝ε，将(1)-(2)式得：$\frac{{\mathrm{\Delta \lambda }}_1}{{\lambda }_1}-\frac{{\mathrm{\Delta \lambda }}_2}{{\lambda }_2}=2(1-P_e)ϵ---\left(3\right)$设λ₁＝λ₂＝λ时，Δλ₁-Δλ₂＝2λ(1-P_e)ε，由得$ϵ=\frac{1}{2}{K}_{ϵ}({\mathrm{\Delta \lambda }}_1-{\mathrm{\Delta \lambda }}_2)---\left(4\right)$即等强度梁的轴向应变可用两支光纤光栅的中心波长变化量来表示，无需考虑温度变化的影响。