基于頻率調(diào)制的光纖加速度計的研究.pdf

1、光纖加速度計本質(zhì)上是一種光纖傳感器，用來測量物體的加速度。無論是在汽車工業(yè)，航天領(lǐng)域還是軍工等方面，對加速度的準(zhǔn)確測量很多時候都起著決定性的作用。而光纖加速度計正可以滿足此類需求。相比于常見的電子類和機械類的加速度計，光纖加速度計具有著抗電磁干擾能力優(yōu)越、質(zhì)量輕體積小、耐水、耐高溫、耐腐蝕、傳輸損耗小、傳輸容量大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，幾乎滿足了我們對加速度計的所有要求和標(biāo)準(zhǔn)。這種得天獨厚的優(yōu)勢使其自1980年被首次提出以來便得到了廣泛關(guān)注

2、，發(fā)展迅速，直至今日，其種類樣式已經(jīng)達到了上百種。光纖加速度計的基本原理是：利用慣性空間中質(zhì)量為 M的質(zhì)量塊，使其做變速運動，使傳感器感知其作變速運動時產(chǎn)生的慣性力或位移，測量出此慣性力或位移即可測量出相應(yīng)的加速度。但是，光纖加速度計仍然存在著許多需要在今后攻克的問題，主要有：穩(wěn)定性易受光源功率影響；最常用的相位解調(diào)方法可能會因為靈敏度太高而易受環(huán)境干擾；有些性能較好的光纖加速度計卻因為成本高而無法投入生產(chǎn)；通常經(jīng)過測量得到是一個平均加

3、速度，而有時我們更需要瞬時加速度。本文提出的基于頻率調(diào)制的邁克爾遜光纖加速度計是在相位調(diào)制型光纖加速度計的基礎(chǔ)上巧妙將相位變化轉(zhuǎn)化為頻率變化，使得整個系統(tǒng)都受到頻率的調(diào)制。針對光纖加速度計存在的問題做了一定的調(diào)整和改進，并從理論和實驗上都進行了分析和驗證。
　　本文的內(nèi)容主要分為以下四個部分。
　　第一章主要介紹了光纖傳感器的技術(shù)原理和發(fā)展現(xiàn)狀，包括其分類、應(yīng)用和不同類型傳感器所具有的不同特點。之后，對光纖加速度計的國內(nèi)外研

4、究現(xiàn)狀進行了詳細的說明，并總結(jié)出了現(xiàn)有光纖加速度計存在的問題。提出了本位所研究的頻率調(diào)制型邁克爾遜光纖加速度計的研究創(chuàng)新點。
　　第二章對光纖光學(xué)進行了詳細介紹，主要包括光纖的結(jié)構(gòu)、分類及特點，全反射定律在光纖中的應(yīng)用，利用公式推導(dǎo)了光波在光纖中的傳輸特性以及干涉特性，從光彈效應(yīng)、泊松效應(yīng)等方面介紹了光纖的應(yīng)變效應(yīng)。為后文提供了強有力的理論基礎(chǔ)。
　　第三章詳細闡述了光纖加速度計的原理及相關(guān)的理論基礎(chǔ)。對光纖加速度計進行了分

5、類并著重介紹了邁克爾遜光纖加速度計的原理和發(fā)展。通過理論推導(dǎo)，得到了光纖邁克爾遜干涉儀的輸出光強與干涉光波相位差的公式，為下一章的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　第四章主要對基于頻率調(diào)制的邁克爾遜光纖加速度計進行了理論分析和實驗研究。提出了頻率調(diào)制型的光纖加速度計以及一種新的敏感元件的設(shè)計。根據(jù)光纖中光波干涉的理論和一些力學(xué)基礎(chǔ)理論，導(dǎo)出了基于頻率調(diào)制的邁克爾遜光纖加速度計的靈敏度以及加速度與調(diào)制頻率之間的理論公式，并用實驗進行了驗證。在此