振子型光纖光柵加速度計關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著矢量聲學(xué)理論和矢量水聲探測系統(tǒng)的飛速發(fā)展，作為水聲探測領(lǐng)域一類重要的傳感器，光纖矢量水聽器越來越顯現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性。其中，干涉型光纖矢量水聽器在近十幾年得到了快速發(fā)展，已經(jīng)走向陣列測試階段，但其基元尺寸受限于干涉儀器件尺寸和探頭結(jié)構(gòu)等因素?zé)o法進(jìn)一步減小。光纖光柵以其小型化、低成本和易波分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)使小型化光纖光柵矢量水聽器及超大規(guī)模光纖光柵矢量水聽器陣列成為可能。本文針對矢量水聽器拖曳陣的應(yīng)用需求，以小型化和高靈敏度為光纖光柵加速度

2、計和光纖光柵矢量水聽器的研制目標(biāo)，對彈簧振子型光纖光柵加速度計的關(guān)鍵技術(shù)展開了一系列研究。
　　論文以光纖光柵加速度計為主要研究對象，針對光纖光柵加速度計傳感模型、光纖光柵加速度計信號解調(diào)技術(shù)、光纖光柵加速度計探頭技術(shù)以及光纖光柵矢量水聽器水聲應(yīng)用技術(shù)四部分開展了深入研究。對彈簧振子型光纖光柵加速度計進(jìn)行了理論和仿真分析，得到了靈敏度和諧振頻率的理論公式，理論分析了靈敏度的影響因素；設(shè)計了基于非平衡Michelson干涉儀的光纖光

3、柵加速度計解調(diào)系統(tǒng)，理論分析了解調(diào)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)之間的制約關(guān)系，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計了解調(diào)干涉儀，對光纖光柵進(jìn)行了仿真和應(yīng)用分析，對系統(tǒng)的動態(tài)范圍進(jìn)行了理論分析；設(shè)計了可增敏變徑彈性柱結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度計，實現(xiàn)了加速度計的結(jié)構(gòu)增敏；研制了基于不同彈性殼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量塊內(nèi)嵌式小型化光纖光柵加速度計，在不改變加速度計性能的前提下將加速度計軸向尺寸降低了一半，實現(xiàn)了加速度計小型化；在一維加速度計研究的基礎(chǔ)上，研制了分立式三維光纖光柵加速度計和光纖光

4、柵矢量水聽器，實驗研究了其振動傳感特性和水聲傳感特性；針對矢量水聽器拖曳陣應(yīng)用中存在的水聽器三軸信號相位不一致問題，理論和實驗分析了懸掛系統(tǒng)對水聽器三軸信號相位一致性的影響；理論分析了非零浮力狀態(tài)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。
　　本論文的主要研究成果和創(chuàng)新如下：
　　1、提出了一種基于變徑彈性柱的光纖光柵加速度計增敏結(jié)構(gòu)。理論和仿真分析表明，該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)加速度計的結(jié)構(gòu)增敏。在所給限定條件下，理論上可將加速度計靈敏度提高至原來的1.5

5、～2倍。
　　2、提出了一種質(zhì)量塊內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)的光纖光柵加速度計小型化設(shè)計思想。該結(jié)構(gòu)針對基于彈性殼的光纖光柵加速度計，有效利用了彈性殼內(nèi)部空間，在不影響加速度計性能的前提下，將其軸向尺寸縮小了一半。研制的燈籠形鏤空鋁殼結(jié)構(gòu)加速度計尺寸為Φ24mm×17mm，靈敏度為43.6pm/g，諧振頻率為1000Hz，正交串?dāng)_為-15.3dB。
　　3、理論分析了懸掛系統(tǒng)對拖曳陣用矢量水聽器三軸相位一致性的影響。對不同懸掛方式下的矢量水