本发明属于测量领域，具体涉及一种感测装置及其感测二维加速度的方法。
背景技术：
1、海流主要以水平流动为主，水体对构筑物的荷载与水体的流速息息相关。在长期持续的水平水体荷载作用下，海洋构筑物的材料产生疲劳甚至破坏。在某些特殊工程领域，准确获得水流精细流场具有关键作用。因此，需加强对水体的流速的监测以分析构筑物所承受的荷载特性。对于水体的流速超过结构物设计范围的情况，需要即时发现及处理。海洋流速的实时监测有利于提高海洋构筑物设计的合理性、运营的安全性以及发现并处理问题的及时性。此外，对海洋流速的多点监测也有利于对局部洋流特性进行分析，为洋流相关的基础科学研究提供监测手段。
2、对于现有的流速测量方法主要有三种，一是现场监测手段，如弃投式剖面测量仪等，第二种为遥感监测方法，如高频地波雷达等，第三种为传统的物理方法，如染色法等。其中第一种主要采用电子传感装置，通常需要严格的防水及防腐蚀技术，产生一定的电化学噪声，降低了传感精度；第二种主要对海洋表面的运动状态进行监测，无法获得深层的流速分布；第三种费时费力，且对生态环境的干扰较大。
3、此外，除了流速，详细了解相对运动的状态还需要对加速度进行感测。加速度传感器的构造主要包括质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件等。其原理为根据质量块所受惯性力及牛顿第二定律获得被测物体的加速度。根据敏感元件进行划分，目前市场上的加速度传感器有电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。以上电子传感装置在一些特殊环境下会产生一定的电化学噪声导致信号失真，从而影响测量信号传感精度，且灵敏度有一定局限性。
技术实现思路
1、发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种感测装置及其感测二维加速度的方法。
2、技术方案：本发明所述的一种感测装置，包括：
3、光纤探头，其包括柔性的横截面呈圆形的光纤护套和四根单模光纤；所述光纤护套设置有自其端面向内沿长度方向延伸的四个盲孔，所述四个盲孔围绕光纤护套的中心轴线等间距对称排布，盲孔的底面形成反射面，且四个所述反射面均处在垂直于所述中心轴线的同一平面上；所述四根单模光纤一一对应地同轴插入设置于所述盲孔中，并与所述反射面之间留有间隙形成法布里-珀罗谐振腔；
4、固定部，其连接所述光纤护套，用于将所述光纤探头固定于被测物体上；
5、光谱分析设备，其向所述四根单模光纤发射宽频光，接收并分析所述四根单模光纤传递的信号。
6、在一种实施方式中，所述固定部为护筒，其套设在所述四根单模光纤外部，并密封连接于所述光纤护套开设所述盲孔的端面；所述护筒设置有用以测定水深的刻度。用护筒密封连接光纤护套，一方面保护光纤探头，避免水渗入装置内部影响使用，另一方面也能反馈感测的深度，因此特别适用于对水体流速的测量。
7、在一种实施方式中，所述光线探头还包括质量块，所述质量块连接于所述光纤护套的底部。通过加入质量块，能够实现对二维加速度的感测。
8、作为优选，所述质量块可拆卸的连接于所述光纤护套的底部。当拆下质量块时可用于感测二维流速，连接质量块时可用于感测二维加速度。
9、具体的，所述反射面涂敷有反射涂层，所述反射涂层对波长为1550nm的光具有大于0.04的反射率。
10、具体的，所述宽频光的波长在200～1590nm。
11、对应于上述感测装置，本发明提供的一种感测二维流速的方法，其特征在于，包括如下步骤：
12、(1)将光纤探头置于水体中；
13、(2)水流使光纤探头发生弯曲变形，进而导致单模光纤与反射面的间隙发生变化；
14、(3)通过光谱分析设备对各法布里-珀罗谐振腔的腔长进行实时分析，得到变形状态及水体的流动方向；
15、(4)通过流速与光纤探头变形状态之间的关系，得到水体相对光纤探头的流速。
16、其中，所述步骤(3)中，当装置弯曲的中性面未通过任一单模光纤的中心时，两根单模光纤处于受压区，另两根单模光纤处于受拉区；定义经过所述光纤护套横截面圆心、指向受压区、平行于相邻两根腔长变化乘积为负数的单模光纤中心连线的方向为参考方向，则水体的流动方向与参考方向的夹角α为：
17、
18、其中，k＝r1/r2，r1为受拉区内距离中性面较近的第一单模光纤的中心与中性面的距离，r2为受压区内与所述第一单模光纤相邻的第二单模光纤的中心与中性面的距离；
19、当装置弯曲的中性面通过任一单模光纤的中心时，水体流动方向为腔长变长的单模光纤指向腔长缩短的单模光纤；
20、所述步骤(4)中，光纤探头近似为等截面弹性杆件，流体施加的荷载等效为均布荷载，根据莫里森方程，忽略水平惯性力的影响，得到流速u与法布里-珀罗谐振腔的腔长变化关系表达式式：
21、
22、其中，lfi为第i根单模光纤在光纤护套内部的长度，l0i为第i根单模光纤变形前对应的腔长，δlti为第i根单模光纤对应的腔长变化量，i为单模光纤的编号，i＝1,2,3,4，ri为单模光纤i的中心与中性面的距离，e为光纤探头的弹性模量，cd为拖拽力系数，ρ为海水密度，d为光纤护套的外径。
23、此外，本发明提供的一种感测二维加速度的方法，包括如下步骤：
24、(1)将光纤探头牢固粘合于被测物上，并保持探头垂直悬空；
25、(2)端部质量块在惯性力作用下使光纤探头发生弯曲变形，进而导致单模光纤与反射面的间隙发生变化；
26、(3)通过光谱分析设备对各法布里-珀罗谐振腔的腔长进行实时分析，得到变形状态及加速度方向；
27、(4)通过被测物加速度与光纤探头变形状态之间的关系，得到被测物的加速度。
28、其中，所述步骤(3)中，当装置弯曲的中性面未通过任一单模光纤的中心时，两根单模光纤处于受压区，另两根单模光纤处于受拉区；定义经过所述光纤护套横截面圆心、指向受压区、平行于相邻两根腔长变化乘积为负数的单模光纤中心连线的方向为参考方向，则加速度方向与参考方向的夹角α为：
29、
30、其中，k＝r1/r2，r1为受拉区内距离中性面较近的第一单模光纤的中心与中性面的距离，r2为受压区内与所述第一单模光纤相邻的第二单模光纤的中心与中性面的距离；
31、当装置弯曲的中性面通过任一单模光纤的中心时，加速度方向为腔长变长的单模光纤指向腔长缩短的单模光纤；
32、所述步骤(4)中，传感装置近似为无重力等截面弹性杆件，端部质量块产生惯性力，得到被测物加速度a与法布里-珀罗谐振腔的腔长变化关系表达式：
33、
34、其中，lfi为第i根单模光纤在光纤护套内部的长度，l0i为第i根单模光纤变形前对应的腔长，δlti为第i根单模光纤对应的腔长变化量，i为单模光纤的编号，i＝1,2,3,4，ri为单模光纤i的中心与中性面的距离，e为光纤探头的弹性模量，ms为质量块的质量。
35、有益效果：与现有技术相比，该感测装置通过在光纤和光纤护套中盲孔的配合形成法布里-珀罗谐振腔，基于光纤法布里-珀罗谐振腔能够实现实时配合质量块感测二维加速度。具有结构简单、灵敏度高、温度自补偿、抗电磁干扰、无污染、耐久性好和实时监测等优点，对海洋工程建设、海洋结构健康监测等领域，特别适应于对传感装置有长时间工作、防爆、防水、防腐、小型化且抗电磁干扰等要求的场合。
1.一种感测装置感测二维加速度的方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的感测装置感测二维流速的方法，其特征在于，所述光纤探头(1)还包括质量块(15)，所述质量块(15)连接于所述光纤护套(11)的底部。
3.根据权利要求2所述的感测装置感测二维流速的方法，其特征在于，所述质量块可拆卸的连接于所述光纤护套(11)的底部。
4.根据权利要求1所述的感测装置感测二维流速的方法，其特征在于，所述反射面(14)涂敷有反射涂层，所述反射涂层对波长为1550nm的光具有大于0.04的反射率。
5.根据权利要求1所述的感测装置感测二维流速的方法，其特征在于，所述宽频光的波长在200～1590nm。
