基于多模干涉型光纖振動傳感器的研究.pdf

1、振動探測與監(jiān)控是對建筑、橋梁、公路人行道和水壩等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行無損檢測的重要手段。振動傳感器不僅可以對發(fā)動機(jī)、艦船、航天器進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康檢測，還可以對地震活動和火山噴發(fā)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測。光纖振動傳感器能很好的避免傳統(tǒng)壓電式傳感器受電磁干擾的缺點，它尺寸小、重量輕，而且可以長距離分布測試。鑒于它有上述優(yōu)點，光纖傳感技術(shù)被廣泛研究，發(fā)展迅速。
　　本文主要從傳感結(jié)構(gòu)中光的傳輸、傳感結(jié)構(gòu)的振動特性、聲音振動測試以及傳感結(jié)構(gòu)的增敏幾方面對基于多模

2、干涉型光纖振動傳感器進(jìn)行了研究。
　　(1)簡要闡述了課題的研究背景和意義，從理論上介紹了多模干涉和梁的彎曲振動，為基于多模干涉的光纖振動傳感器奠定理論基礎(chǔ)。最后介紹了基于多模干涉的振動檢測原理，確定了本文的檢測方法，這種方法成本低而且容易實現(xiàn)。
　　(2)對懸臂梁型單模-多模-單模(SMS)光纖振動傳感器進(jìn)行了研究，首先我們對懸臂梁的光傳輸進(jìn)行了模擬，然后從理論計算和模擬上對懸臂梁進(jìn)行了振動特性分析。最后對懸臂梁進(jìn)行音頻振

3、動測試，分析了聲壓級與懸臂梁振動幅值的關(guān)系、懸臂梁長度對振動響應(yīng)的影響和懸臂梁中多模光纖的長度對結(jié)構(gòu)靈敏度的影響。實驗結(jié)果顯示，熔接了多模光纖的懸臂梁可以實現(xiàn)對聲音振動的測量，而且聲壓級越大懸臂梁振幅越大，懸臂梁的長度影響了梁的固有頻率，也決定了最強(qiáng)響應(yīng)位置，梁中的多模光纖的長度越短靈敏度越高。
　　(3)對標(biāo)準(zhǔn)SMS結(jié)構(gòu)的光纖振動傳感器進(jìn)行了研究，首先對SMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行了光傳輸模擬，然后從理論計算和模擬兩方面對兩端固定的梁進(jìn)行了振

4、動特性分析。最后對SMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲音振動測試，以及提出了幾種提高結(jié)構(gòu)靈敏度的方案。在對 SMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試的結(jié)果顯示，在50Hz-1000Hz范圍內(nèi)，SMS結(jié)構(gòu)對頻率的識別度很高。最后我們對結(jié)構(gòu)提出了三種增敏方案，一種是薄膜增敏，這種方案不改變 SMS本身的結(jié)構(gòu)，只是將SMS結(jié)構(gòu)貼在薄膜上，通過實驗發(fā)現(xiàn)，將SMS結(jié)構(gòu)貼在薄膜上可以實現(xiàn)部分頻率范圍的增敏，而且利用赫姆霍茲共振器的增敏更加明顯。一種是利用飛秒激光將SMS結(jié)構(gòu)中間部分的多模光