基于光纖傳感技術(shù)的振動解調(diào)系統(tǒng)及其應(yīng)用.pdf

1、自20世紀以來振動檢測技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，主要經(jīng)歷了機械式、電氣式、光學式三個階段，目前電氣式振動傳感器因為具有技術(shù)成熟、靈敏度高等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用，但電氣式傳感器需要進行絕緣處理，容易受到電磁干擾，難以達到安全生產(chǎn)的目的，因此在一些高電壓、大磁場等惡劣條件下（例如電廠）傳統(tǒng)的檢測方法的應(yīng)用受到諸多限制。與此同時，光纖傳感器因為具有測量精度高、測量范圍廣、傳輸容量大、本質(zhì)安全、抗電磁干擾等優(yōu)點代表了新型傳感器的研究方向。鑒于此，本

2、文將光纖傳感技術(shù)和振動檢測結(jié)合起來，開發(fā)了一種基于光纖傳感技術(shù)的振動檢測系統(tǒng)。 本文主要做了以下幾方面的工作： 1）利用耦合模理論對光纖光柵傳感器的工作原理進行了詳細分析，并建立了光纖光柵的溫度和應(yīng)變模型，制作了一種新型光纖光柵振動傳感器，并搭建光纖光柵振動試驗系統(tǒng)對傳感器的性能進行了實驗驗證。實驗結(jié)果表明：該光纖光柵振動傳感器，固有頻率為250H，對10Hz～120HZ范圍內(nèi)的低頻振動有較好的響應(yīng)，同時測得在60Hz振

3、動頻率下，能探測到的最低振動烈度為2μm，基本上滿足了風機振動檢測項目的要求。 2）利用緩變非正規(guī)光波導的局部耦合模理論分析了光的耦合現(xiàn)象，推導出了耦合輸出與耦合長度和折射率變化的數(shù)學關(guān)系。分析了振動對耦合輸出的影響，并以單模光纖耦合器為傳感元件設(shè)計了耦合型低頻光纖振動傳感器和耦合型高頻振動傳感器進行了試驗研究。在耦合型低頻光纖振動傳感器和光纖光柵振動傳感器的對比實驗中發(fā)現(xiàn)兩種傳感器對沖擊信號的響應(yīng)耦合型低頻振動傳感器響應(yīng)速度較

4、快，光纖光柵振動傳感器響應(yīng)速度稍慢但阻尼比較大、衰減較快；對30H～50Hz的周期性振動響應(yīng)基本一致。在耦合型高頻振動傳感器和壓電傳感器的對比試驗中發(fā)現(xiàn)耦合型傳感器的響應(yīng)振幅略高于壓電傳感器，兩種傳感器對2KHz～6KHz的振動響應(yīng)基本上是一致的。 3）設(shè)計了一整套光纖光柵振動解調(diào)系統(tǒng)，詳細的介紹了解調(diào)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，在硬件電路設(shè)計部分從光電二極管的選擇、前置電流電壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計、放大電路的設(shè)計以及LPC2148的外圍電路的