采用圓環(huán)及新型結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度傳感器研究.pdf

1、光纖光柵是近年來(lái)最受關(guān)注，發(fā)展前景最為廣闊的光無(wú)源器件之一，在光纖傳感領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。其中在振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域，基于光纖光柵的加速度傳感器由于不受電磁干擾、絕緣性好、易于聯(lián)網(wǎng)復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)而受到了大量的關(guān)注與研究。本文以光纖光柵傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，利用圓環(huán)與簡(jiǎn)支梁等新型結(jié)構(gòu)，提出了三種光纖光柵加速度傳感器的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
　　首先提出了一種基于彈性圓環(huán)的拉弦式光纖光柵單向加速度傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)受徑向力圓環(huán)進(jìn)行了撓度分

2、析與振動(dòng)特性分析。對(duì)傳感器進(jìn)行了靜態(tài)壓力測(cè)量，獲得了壓力靈敏度為343.5pm/N，換算成加速度靈敏度為27.60pm/g。利用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)，繪制了傳感器的幅頻特性曲線，得到傳感器諧振頻率為227.5Hz，工作頻率在20Hz～140Hz之間。測(cè)量了加速度與響應(yīng)輸出電壓的關(guān)系，結(jié)果證明二者呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。
　　其次在單方向圓環(huán)加速度傳感器的基礎(chǔ)上提出了二維光纖光柵加速度的設(shè)計(jì)方案。結(jié)構(gòu)是在圓環(huán)外壁兩側(cè)角度間隔為90°

3、處對(duì)稱粘貼兩根傳感光柵。對(duì)傳感器進(jìn)行了理論分析，得到傳感器的理論靈敏度可達(dá)到296.2pm/g，諧振頻率為151.8Hz。通過(guò)靜態(tài)壓力模擬實(shí)驗(yàn)證明了傳感器至少能夠測(cè)量正負(fù)15°之內(nèi)的加速度矢量信號(hào)。動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)表明通過(guò)增加L形金屬支架傳感器能夠測(cè)量300Hz頻率下的二維加速度信號(hào)，在目前實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得橫向抑制比在30％以下。
　　設(shè)計(jì)了一種基于簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的緊湊型二維光纖光柵加速度傳感器。測(cè)量了傳感器的沖擊響應(yīng)波形，得到兩軸傳感器的