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摘要：本发明公开了单分量、三分量光纤光栅振动传感器及其制备方法；其中方法包括：构建三分量光纤光栅振动传感器的弹性体模型，并推导出灵敏度和谐振频率公式，从灵敏度和谐振频率公式中找出影响传感器灵敏度和谐振频率的若干个关键参数；基于所有关键参数，建立优化模型，对优化模型采用遗传算法进行全局优化，得到每个关键参数的最优值；基于每个关键参数的最优值，对三分量光纤光栅振动传感器模型进行仿真分析；对三分量光纤光栅振动传感器进行性能测试实验；如果所有性能测试实验参数的取值均符合设定要求，则表示三分量光纤光栅振动传感器的性能测试实验通过。

主权项：1.单分量光纤光栅振动传感器，其特征是，包括：底座，所述底座包括横板和竖板，所述横板的一端与竖板的一端相互连接且彼此垂直；横板上依次设置第一限幅装置、第二限幅装置、第三限幅装置和螺丝；第一限幅装置的第一端部固定在横板上，所述第一限幅装置的第二端部通过十字簧片与固定块连接，所述固定块固定在悬臂梁的第一端部，所述悬臂梁横穿过第二限幅装置和第三限幅装置，悬臂梁的第二端部固定质量块，所述质量块安装在弹簧的正上方，所述质量块与弹簧的一端连接，弹簧的另外一端与螺丝连接；固定块的上表面与第一光纤光栅的第一端连接；第一光纤光栅的第二端与底座的竖板连接，所述第一光纤光栅与横板平行；固定块下端靠近质量块一侧与第二光纤光栅的第一端连接；第二光纤光栅的第二端与底座的横板连接，所述第二光纤光栅与横板垂直；所述十字簧片，包括：镂空的第一矩形簧片和镂空的第二矩形簧片，所述第一矩形簧片与第二矩形簧片相互垂直，第一矩形簧片穿过第二矩形簧片的中心点位置；第一矩形簧片的第一端部与第一限幅装置的上表面固定连接；第一矩形簧片的第二端部与固定块的下表面固定连接；第二矩形簧片的第一端部与固定块的侧面固定连接，第二矩形簧片的第二端部与固定块的侧面固定连接；构建光纤光栅振动传感器的弹性体模型，并推导出灵敏度和谐振频率公式，从灵敏度和谐振频率公式中找出影响传感器灵敏度和谐振频率的若干个关键参数；所述若干个关键参数，包括：质量块的质量、弹簧的弹性系数、固定块的上表面与第一限位装置上表面之间的距离、第一限位装置的与第二矩形簧片相贴合的侧面与固定块的第二凹槽的侧面之间的距离、以及固定块的与第二矩形簧片相贴合的侧面与质量块中心点之间的距离；基于所有关键参数，建立优化模型，所述优化模型包括目标函数和约束条件；对优化模型采用遗传算法进行全局优化，得到每个关键参数的最优值；基于每个关键参数的最优值，对光纤光栅振动传感器模型进行仿真分析，计算传感器一阶模态频率与二阶模态频率的差值，如果差值大于设定阈值，则表示传感器的结构能够抵抗横向干扰；对光纤光栅振动传感器进行性能测试实验；其中，性能测试实验参数，包括：幅频响应、低频输出响应、动态范围、灵敏度、横向灵敏度比、加速度分辨率或灵敏度角度；如果所有性能测试实验参数的取值均符合设定要求，则表示光纤光栅振动传感器的性能测试实验通过；基于所有关键参数，建立优化模型，所述优化模型包括目标函数和约束条件，具体包括：灵敏度S与谐振频率f取决于关键参数，关键参数包括质量块质量M、弹簧的弹性系数k2、长度L1、L2、L3，建立优化模型： 在算法优化前，对操作参数进行设置，其中种群规模设置为50、缩放因子为0.9、交叉概率为0.7；对优化模型采用遗传算法进行全局优化，得到每个关键参数的最优值，具体包括：采用差分进化遗传算法，对传感器尺寸和灵敏度的非线性规划问题进行全局优化；得到每个关键参数的最优值：十字簧片的弹性系数为2.1×1011Pa，泊松比为0.3，密度为7800kgm3；质量块采用黄铜合金，弹性系数1.0×1011Pa，泊松比为0.33，密度为8500kgm3；底座、第一限幅装置、第二限幅装置、第三限幅装置、弹簧选用结构钢，弹性系数2.0×1011Pa，泊松比为0.3，密度为7850kgm3。

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百度查询： 防灾科技学院 单分量、三分量光纤光栅振动传感器及其制备方法