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、光纖光柵是近年來最受關(guān)注，發(fā)展前景最為廣闊的光無源器件之一，在光纖傳感領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用。其中在振動測量領(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)復用等優(yōu)點而受到了大量的關(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)計方案，并進行了實驗測試。
　　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。對受徑向力圓環(huán)進行了撓度分

2、析與振動特性分析。對傳感器進行了靜態(tài)壓力測量，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。利用振動臺進行了動態(tài)特性實驗，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。測量了加速度與響應輸出電壓的關(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、處對稱粘貼兩根傳感光柵。對傳感器進行了理論分析，得到傳感器的理論靈敏度可達到296.2pm/g，諧振頻率為151.8Hz。通過靜態(tài)壓力模擬實驗證明了傳感器至少能夠測量正負15°之內(nèi)的加速度矢量信號。動態(tài)特性實驗表明通過增加L形金屬支架傳感器能夠測量300Hz頻率下的二維加速度信號，在目前實驗條件下測得橫向抑制比在30％以下。
　　設(shè)計了一種基于簡支梁結(jié)構(gòu)的緊湊型二維光纖光柵加速度傳感器。測量了傳感器的沖擊響應波形，得到兩軸傳感器的