基于頻率調制的光纖加速度計的研究.pdf

1、光纖加速度計本質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)，航天領域還是軍工等方面，對加速度的準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準。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：利用慣性空間中質量為 M的質量塊，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制的邁克爾遜光纖加速度計是在相位調制型光纖加速度計的基礎上巧妙將相位變化轉化為頻率變化，使得整個系統(tǒng)都受到頻率的調制。針對光纖加速度計存在的問題做了一定的調整和改進，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原理和發(fā)展現(xiàn)狀，包括其分類、應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外研

4、究現(xiàn)狀進行了詳細的說明，并總結出了現(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。
　　第二章對光纖光學進行了詳細介紹，主要包括光纖的結構、分類及特點，全反射定律在光纖中的應用，利用公式推導了光波在光纖中的傳輸特性以及干涉特性，從光彈效應、泊松效應等方面介紹了光纖的應變效應。為后文提供了強有力的理論基礎。
　　第三章詳細闡述了光纖加速度計的原理及相關的理論基礎。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，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。
　　第四章主要對基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計進行了理論分析和實驗研究。提出了頻率調制型的光纖加速度計以及一種新的敏感元件的設計。根據(jù)光纖中光波干涉的理論和一些力學基礎理論，導出了基于頻率調制的邁克爾遜光纖加速度計的靈敏度以及加速度與調制頻率之間的理論公式，并用實驗進行了驗證。在此