技术摘要：
本发明公布了一种基于多铰链光纤光栅二维加速度传感器及其制作工艺，传感器包括传感器外壳、传感弹性体与单根光纤光栅，传感弹性体为圆柱体，位于所述传感器外壳形成的空间内部，柔性铰链包含X向双铰链和Y向双铰链，过渡圆环存在于两个双铰链中间部分，单根光纤光栅的  全部
背景技术：
光纤光栅加速度传感器以其不受电磁干扰、长距离传输、本质安全、易于大范围组 网等优点常被用在航空航天、石油管道、地铁隧道、大型桥梁等严酷环境的大型设备和工程 在线健康监测中。光纤光栅加速度传感器核心敏感组件为光纤光栅，利用光纤光栅对应变 的感应，结合附加的机械结构组成对加速度幅值、频率测量单元。同时，在如航空航天领域 的飞行器、军事领域中对远程导弹制导控制、汽车安全检测、汽车的安全防护系统、机器人 等特殊的领域等需要多维的加速度信息，相应提出了对多维加速度传感器的需求，以实现 对系统的可靠控制。光纤光栅多维加速度传感器通过一个或者几个传感器模块获得多个轴 向的加速度，实现对加速度实时、高精度的检测，具有很好的应用前景。 但是，目前市场上现有的光纤光栅二、三维加速度传感器多为组合形式，存在结构 复杂、体积较大、灵敏度低、制作工艺复杂等缺点。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，针对现有光纤光栅多维加速度传感器存在的上述不 足，提出了一种基于多铰链的光纤光栅二维加速度传感器，利用圆柱形和多铰链传感结构 单元，形成一体式二维光纤光栅加速度测量体，极大的降低了传感器的体积和制作工艺；采 用的含三个光纤光栅测点的单根光纤的一体化封装方式，有效去除温度影响，便于后续多 传感器组网，形成智能传感网络。 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于多铰链的光纤光栅二 维加速度传感器，它包括传感器外壳、传感弹性体与单根光纤光栅；所述传感器外壳包括壳 体、底座和壳盖，所述传感弹性体为圆柱体，位于所述传感器外壳形成的空间内部，固定于 传感器外壳底座上，其特征在于： 所述传感弹性体包括依次连接的惯性质量块、X向双铰链、过渡圆环、Y向双铰链和 基座，X向双铰链和Y向双铰链不在同一水平面内，X向双铰链呈180°关于惯性质量块对称分 布，Y向双铰链同样呈180°关于惯性质量块对称分布且与X向双铰链呈90°平行分布，所述过 渡圆环存在于两个双铰链中间部分；所述惯性质量块、X向双铰链、过渡圆环、Y向双铰链和 基座的外侧部上都开有对应的X质沟槽、X铰沟槽、X基沟槽、Y质沟槽、Y铰沟槽、Y基沟槽、Z向 孔槽； 所述的单根光纤光栅包含有第一光纤光栅点，第二光纤光栅点，第三光纤光栅点， 所述的第一光纤光栅点、第二光纤光栅点和第三光纤光栅点的两端分别固定在惯性质量块 和基座上；所述的第一光纤光栅点与第二光纤光栅点以及第三光纤光栅点均是互相平行关 系；且单根光纤光栅的一端位于传感器外壳的外部，另一端依次经过一号出纤孔、Y基沟槽、 4 CN 111579817 A 说　明　书 2/5 页 X铰沟槽、Y质沟槽、X质沟槽、Y铰沟槽、X基沟槽、Z向孔槽、二号出纤孔后延伸至传感器外壳 外部，且在传感器外壳的单侧面开设有一号出纤孔和二号出纤孔。 按上述方案，所述单根光纤光栅是FBG，其栅区长度为5-10mm。 按上述方案，所述传感弹性体柔性铰链为圆弧或椭圆弧或抛物线弧或球弧形等其 中的一种铰链，且各个铰链参数特征一致。 按上述方案，所述光纤光栅两端与传感弹性体所开沟槽之间的连接方式为胶粘。 按上述方案，所述传感弹性体基座与传感器外壳底座之间连接方式为螺栓连接。 本发明还提供了一种上述的基于多铰链的光纤光栅二维加速度传感器的制造工 艺，其特征在于，包括以下步骤： 1)先加工制作出传感弹性体的金属传感芯体，其中，X向双铰链与Y向双铰链互相 平行，且不在同一水平面内； 2)接着对传感弹性体进行清洗、晾干，再在晾干后的传感弹性体上穿绕单根光纤 光栅，并将光纤光栅与Y基沟槽、X铰沟槽、Y质沟槽、X质沟槽、Y铰沟槽、X基沟槽、Z向孔槽进 行粘接(一般利用粘结金属与光纤材料性能较好的环氧树脂胶类型)。 3)然后将传感弹性体与传感器外壳底座的顶面相连接，再将光纤光栅的首尾两端 分别从一号出纤孔、二号出纤孔中穿出，并在穿出后与出纤保护接头相连接。 4)最后将传感器壳盖与传感器壳体的顶部相连接以得到毛坯，再对毛坯进行温度 循环实验，以得到可长期应用的加速度传感器。 按上述制作工艺方案，所述对传感弹性体进行清洗、晾干是指：将传感弹性体置于 清洗液中，并用超声波机进行清洗，后晾干。 按上述制作工艺方案，所述将光纤光栅与Y基沟槽、X铰沟槽、Y质沟槽、X质沟槽、Y 铰沟槽、X基沟槽、Z向孔槽进行粘接，具体是指：先将传感弹性体放置于加热台上加热，再将 光纤光栅悬空于Y基沟槽、X铰沟槽、Y质沟槽、X质沟槽、Y铰沟槽、X基沟槽，使用夹具使得光 纤光栅具备预拉伸量；同时，在Z向孔槽进行光纤光栅固定时保持第三光纤光栅点悬空；再 在光纤光栅固定端点上胶水，然后等待胶水干透即可。按上述制作工艺方案，所述对传感器 毛坯进行循环实验是进行加热、自然冷却、加热、自然冷却……加热、自然冷却。 按上述制作工艺方案，所述清洗液依次是酸类溶液(乙醚、醋酸等)——肥皂 水——纯净水清洗传感弹性体加工时留存的各类污染源。 本发明的有益效果为： 1、利用圆柱形和多铰链传感结构单元，形成一体式二维光纤光栅加速度测量体， 极大的降低了传感器的体积和重量； 2、采用的含三个光纤光栅测点的单根光纤的一体化封装方式，便于后续多传感器 组网，形成智能传感网络。 3、利用特制的类似于显微镜装置的加热台和夹具，使制作工艺操作简单，方便快 捷，为后期产品的开发提供良好的基础。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，其中： 5 CN 111579817 A 说　明　书 3/5 页 图1是本发明实施例结构示意图； 图2是本发明具体实施例结构变形剖面图； 图3是本发明在X方向施加一定的振动信号时，X、Y、Z三个方向光纤光栅的波长偏 移量； 图4是本发明在Y方向施加一定的振动信号时，X、Y、Z三个方向光纤光栅的波长偏 移量。 图中：传感器外壳1、壳体11、底座12、壳盖13、传感弹性体2、惯性质量块21、X向铰 链22a、X向铰链22b、过渡圆环23、Y向铰链24a、Y向铰链24b、基座25、X质沟槽26a、X铰沟槽 26b、X基沟槽26c、Y质沟槽27a、Y铰沟槽27b、Y基沟槽27c、Z向孔槽28、单根光纤光栅3、第一 光栅点31、第二光栅点32、第三光栅点33、螺栓4、一号出纤孔5、二号出纤孔6。