專利名稱：溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量加速度的傳感器，尤其是指一種溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器。
背景技術：
加速度傳感器是測量物體加速度既即單位時間內物體運動速度的變化的一種傳感器，廣泛應用于軍事和民用領域。民用領域如地質勘探、油氣井的軌道測量、大地測量、鐵路和公路的路面測量、各種船舶和車輛的導航、汽車的事故分析、汽車的剎車控制、車輛的人身安全保護裝置、機器人的控制、工業(yè)設備的振動測量和自動控制、機械結構分析和醫(yī)療儀器等。在軍事上，它可以單獨使用，也可以和陀螺儀以及相關的執(zhí)行元件組成慣性系統(tǒng)。它以其自主性、隱蔽性、連續(xù)性和實時性而獨具特色，廣泛地用于遠、中、近程防空導彈、釬擊機、轟炸機、運輸機、核潛艇和導彈驅逐艦等軍工裝備上。
目前加速度傳感器中出現(xiàn)了光纖光柵加速度傳感器，是采用雙光柵溫度補償?shù)姆椒?，這種加速度傳感器理論上可以實現(xiàn)，在實際應用中，由于光柵是用膠粘劑粘接在等強度梁上，而膠粘劑的厚度的不均勻會影響光柵的靈敏度，所以很難將溫度影響完全剔除。直接采用等強度梁的方式感應加速度的靈敏度較低。
實用新型內容本實用新型的目的是為了解決上述問題，提供一種只采用一根光柵實現(xiàn)溫度補償，且采用兩端預拉伸，柵區(qū)部分不用膠粘劑，溫度補償完全是由機械結構和材料實現(xiàn)的一種溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，一種溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器，其包括一基座，在測量被測物體加速度時，固定于被測物體上；一彈性元件，與所述基座連接，這樣，所述基座能將被測物體的加速度傳遞到所述彈性元件上；一質量塊，與所述彈性元件連接；兩溫度補償塊，與所述彈性元件連接；一光纖光柵，兩端各與一所述溫度補償塊固定連接。
本實用新型的效果本實用新型的溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器是光纖光柵加速度傳感器中一種新的結構方式，可以采用一根光柵實現(xiàn)溫度補償?shù)哪康?，由于采用兩端預拉伸，柵區(qū)部分不用膠粘劑，溫度補償完全是由機械結構和材料實現(xiàn)，這種新結構的光纖光柵加速度傳感器可以將測量加速度的靈敏度提高幾倍，具體提高幾倍可由客戶決定。
為進一步說明本實用新型的上述目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對本實用新型進行詳細的描述。


圖1本實用新型的加速度傳感器內部結構俯視圖；圖2本實用新型中彈性元件和溫度補償塊的俯視圖；圖3本實用新型中彈性元件和溫度補償塊的側視圖。
附圖中主要部件的說明1.彈性元件 2.光纖光柵 3.質量塊4、5.溫度補償塊 6.基座具體實施方式
下面根據(jù)實施例的附圖對本發(fā)明的溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器的實施方式進行詳細說明。
參見圖1、2、3，圖1為本實用新型的加速度傳感器內部結構俯視圖，圖2本實用新型中彈性元件和溫度補償塊的俯視圖；圖3本實用新型中彈性元件和溫度補償塊的側視圖。
本實用新型的光纖光柵加速度傳感器主要由一彈性元件1、一質量塊3、一基座6、兩溫度補償塊4、5和一光纖光柵2組成。
基座6，在測量被測物體的加速度時，是固定在被測物體(未圖示)上。
彈性元件1，彈性元件1與所述基座6形成剛性連接，這樣，基座6能將被測物體的加速度傳遞到彈性元件1上。彈性元件1采用的是等腰三角形的等強度懸臂粱結構，材料選用低膨脹系數(shù)的殷鋼。所述彈性元件1與所述基座6形成剛性連接的方式是彈性元件1的根部采用螺母11與基座6進行螺紋連接，然后，在螺紋之間用螺紋緊固膠加強連接；也可以將上述螺母11改為鉚釘與基座6進行鉚接。
質量塊3，與所述彈性元件1連接，連接方式是在所述彈性元件1的頂部12處，與所述質量塊3的一邊采用螺紋連接，然后，在螺紋之間用螺紋緊固膠加強連接。
溫度補償塊4、5，與所述彈性元件1連接，連接方式是采用激光焊接，溫度補償塊選用高膨脹系數(shù)的金屬鋁。
光纖光柵2，兩端分別與所述溫度補償塊4、5固定連接，是采用高強度膠粘劑連接。
由于光纖光柵2采用兩端固定預拉伸的方式連接，當溫度上升時，由于溫度補償塊4、5的膨脹遠遠大于處于溫度補償塊4、5之間的彈性元件1的懸臂梁的膨脹，為此光纖光柵2相當于受到壓縮，光纖光柵2受壓縮的波長減小量正好可以抵消由于溫度上升的波長增大量。通過調整溫度補償塊4、5之間的距離和溫度補償塊4、5本身的尺寸就可以達到溫度變化使光柵波長不變的目的，即進行溫度自補償。
下面對使用本實用新型的加速度傳感器測量加速度的過程進行說明。
測量時，將基座6固定在被測物體上，當被測物體以加速度a運動時，質量塊3受到一個與加速度方向相反的慣性力，即F＝ma (1)公式(1)中，m為質量塊3的質量，是已知的量，根據(jù)公式(1)可知，只要測出慣性力F，就能測出被測物體的加速度a，下面將說明測量慣性力F的過程。
測量中，慣性力F使彈性元件1產生形變，即ϵ=6FLEBt2---(2)]]>公式(2)中，ε是彈性元件1表面的應變，E為彈性元件1的彈性模量，t為彈性元件1的厚度，B為彈性元件1的等強度梁根部的寬度、L為彈性元件1的等強度梁的長度。
當彈性元件1的形變時拉伸固定安裝在彈性元件1上的敏感元件——光纖光柵2，使光纖光柵2產生應變，光纖光柵2的波長變化量與所受到應變的關系，即Δλ＝κ·ε′ (3)公式(3)中，Δλ為光纖光柵2的波長變化量，κ為光柵常數(shù)，ε′為光纖光柵2受到的應變。
由彎曲形變定理可知，彈性元件1表面的應變ε和表面高h處的應變關系ε″為ϵϵ′′=t/2t/2+h---(4)]]>公式(4)中，ε″為彈性元件1表面高h處的應變。
由于光纖光柵2在彈性元件表面高h處，所以ε′等于ε″。
為此，結合公式(1)，(2)，(3)，(4)就可以得到光柵波長變化量與加速度的關系a=t+2ht·EBt26mLk·Δλ---(5)]]>在公式(5)中，彈性元件1的厚度t、彈性元件1表面高h、彈性元件1的彈性模量E、質量塊3的質量m、光柵常數(shù)κ、彈性元件1的等強度梁根部的寬度B、彈性元件1的等強度梁的長度L都是按用戶的需求設定的常數(shù)，因此，公式(5)的Δλ前面的系數(shù)為常數(shù)，設該系數(shù)為C，則公式(5)成為a＝c·Δλ (6)由公式(6)可知，在C為已知數(shù)時，被測物體的加速度a僅與變量即光纖光柵2的波長變化量Δλ有關，因此，用光纖光柵解調儀測量光纖光柵2的波長變化量，就可以得到被測物體加速度a的大小。
由公式(5)可知，彈性元件1表面高h越大，加速度傳感器對加速度越敏感，因此達到增敏的目的。實際制作中可以根據(jù)客戶要求的加速度靈敏度來設計彈性元件1表面高h的量。
本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型，而并非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型權利要求書的范圍內。
權利要求1.一種溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器，其特征在于包括一基座，在測量被測物體加速度時，固定于被測物體上；一彈性元件，與所述基座連接，這樣，所述基座能將被測物體的加速度傳遞到所述彈性元件上；一質量塊，與所述彈性元件連接；兩溫度補償塊，與所述彈性元件連接；一光纖光柵，兩端各與一所述溫度補償塊固定連接。
2.如權利要求1所述的溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器，其特征在于所述彈性元件采用的是等腰三角形的等強度懸臂粱結構。
3.如權利要求1所述的溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器，其特征在于所述彈性元件的材料選用低膨脹系數(shù)的殷鋼。
4.如權利要求1所述的溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器，其特征在于所述彈性元件與所述基座的連接方式是在所述彈性元件的根部采用螺母與所述基座進行螺紋連接，然后，在螺紋之間用螺紋緊固膠加強連接，或者，在所述彈性元件的根部采用鉚釘與所述基座進行鉚接。
5.如權利要求1所述的溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器，其特征在于所述質量塊與所述彈性元件連接方式是在所述彈性元件的頂部處，與所述質量塊的一邊采用螺紋連接，然后，在螺紋之間用螺紋緊固膠加強連接。
6.如權利要求1所述的溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器，其特征在于所述兩溫度補償塊與所述彈性元件連接方式是采用激光焊接。
7.如權利要求1所述的溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器，其特征在于所述溫度補償塊選用高膨脹系數(shù)的金屬鋁。
8.如權利要求1所述的溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器，其特征在于所述光纖光柵與所述溫度補償塊固定連接方式是采用高強度膠粘劑連接。
專利摘要一種溫度自補償增敏光纖光柵加速度傳感器，包括一基座，在測量被測物體加速度時，固定于被測物體上；一彈性元件，與所述基座連接，這樣，所述基座能將被測物體的加速度傳遞到所述彈性元件上；一質量塊，與所述彈性元件連接；兩溫度補償塊，與所述彈性元件連接；一光纖光柵，兩端各與一所述溫度補償塊固定連接。本實用新型是采用一根光柵實現(xiàn)溫度補償?shù)哪康?，由于采用兩端預拉伸，柵區(qū)部分不用膠粘劑，溫度補償完全是由機械結構和材料實現(xiàn)，這種新結構的光纖光柵加速度傳感器可以提高測量加速度的靈敏度。
文檔編號G01D5/26GK2812009SQ20052004259
公開日2006年8月30日 申請日期2005年6月17日 優(yōu)先權日2005年6月17日
發(fā)明者殷昀虢, 韋春龍, 劉小會, 張勁 申請人:上海紫珊光電技術有限公司