0 引言

　　高铁、高架桥等基础设施建设正在逐步推进，但是高频振动会对铁路、桥梁的结构造成严重影响。通过使用光学传感器获取物体振动频率是监测大型结构健康安全的重要手段。因此，用于测量振动信号的传感技术在监测高铁、高架桥等结构的健康状态，以及避免事故或经济损失方面发挥着重要作用。

　　振动传感对于监测和保持工程系统的健康状态至关重要。这些具有大型结构的系统通常工作在一些恶劣的环境中，包括强磁场。然而，传统的电磁类传感器难以准确测量恶劣环境下的振动信号。光纤布喇格光栅（FBG）传感器具有体积小、无源传感、抗电磁干扰、分布式传感、复用性好、在恶劣环境下也能保持长期稳定性能的独特优势，成为振动传感的优秀候选器件和光纤传感器（OFS）领域的研究热点。

　　FBG地震检波器可以检测震源速度、加速度、位移、频率等物理参量的变化，其核心敏感元件是FBG。目前，已有一些关于FBG地震检波器的研究，如邵敏等人[1]设计了一种FBG地震检波器，该检波器的传感器头由敏感元件平面弹簧片、质量块、FBG构成，实验测试的传感器灵敏度为25.9 pm/g，共振频率为167 Hz，可检测32 g的加速度值，适用于地震勘探的实际测量。LIANG L等人[2]针对振动监测对加速度计尺寸和质量要求，设计了一种单铰链结构传感器，其固有频率为 900 Hz，灵敏度为 26.962 pm/g，适用于航空、航天等领域狭小空间的中低频振动监测。徐佳凯等人[3]针对桥梁加速度传感器原位校准时标准传感器的选取问题，设计了一种基于圆弧摆线铰链的双光纤光栅加速度传感器，其传感器的谐振频率为460 Hz，灵敏度约为

43 pm/g，横向干扰能力程度为5.7%，可用于桥梁上加速度监测。宋颖等人[4]根据工程结构对中高频振动信号的测量需求，设计了一种柔性铰链连接、两侧轴承支承的对称式双质量块的FBG加速度传感器，其灵敏度达到了17.25 pm/g，共振频率为2 200 Hz，可实现中高频振动信号的精确测量。但是，上述研究均存在共振频率不高、灵敏度偏低的问题。

　　为了提高系统的固有频率和灵敏度，本文设计一种基于轴承式杠杆机构的光纤光栅高频地震检波器，可用于高铁、高架桥、铁路、桥梁、隧道等大型结构工程的健康状态监测及井中地震波的勘探。

4 结束语

　　本文设计了一种基于轴承式杠杆机构的光纤光栅高频地震检波器，并建立了数学模型，使用Ansys workbeach有限元仿真软件对该模型进行了有限元分析。通过静态结构分析验证了设计的地震检波器模型结构设计的合理性和正确性、杠杆放大机构的放大比例正确动态响应性，得到了模型探针输出端输出位移的仿真数据，对比理论公式计算得出理论计算值，验证了该实体模型具有很好的灵敏性和实用性；最后，通过模态分析可知模型的固有频率很高且各阶的固有频率相差较大，因此该地震检波器具有良好的抗干扰性能。仿真结果表明：该地震检波器在理论上可以同时兼顾高固有频率和高灵敏度2项评估指标，其灵敏度为64.588 pm/g，固有频率为1 638.5 Hz，具有很好的应用价值和参考意义。此外，通过调整杠杆放大机构动力臂与阻力臂长度比例和摆线铰链的切割半径，得到调整后地震检波器的固有频率为1 204.4 Hz，灵敏度为75.56 pm/g。