高灵敏度低频FBG加速度传感器的研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:y2228158
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低频振动测量技术可被用于大型建筑物质量监测、地震海啸监测预报、地质勘探、各类能源开发、航天飞行器、精密制造业、核监测、环境监测、生物学、物理学和材料学等前沿领域,在国防建设以及国民生产中起着举足轻重的作用。光纤振动传感器具有精度高、可复用、稳定性好、抗电磁干扰等优点,成为近年来国内外学术界和工程界研究的热点。然而,光纤振动传感器灵敏度低,还无法实现小于10 Hz振动的精确测量,所以低频高灵敏度的加速度传感器的研究具有重要的理论意义与工程应用价值。针对上述问题,本论文进行了高灵敏度低频FBG加速度传感器的研究,主要研究内容包括:(1)FBG加速度传感器的结构设计及理论分析。首先依据振动原理,提出了一种直接以光纤为弹性元件的改进梁结构加速度传感器,建立了数学传感模型,阐明了光纤长度、系统的弹性系数和质量块质量等结构设计参数对传感性能的影响规律,为加速度传感器的研究提供了理论基础。(2)FBG加速度传感器的工艺研究。以粘接原理中的吸附理论为依据,通过增大裸纤的受力面积,解决了较大预应力下的光纤光栅的封装问题,实现了加速度传感器的设计功能。(3)设计制作了支板双簧双栅和单栅式、单簧双栅和单栅式、双簧双栅式、竖向支板双簧双栅式以及大弹性系数双簧双栅式五种高灵敏度低频FBG加速度传感器,并进行了响应特性、幅值特性和频率测量等性能考核实验。实验结果表明双簧双栅式和大弹性系数双簧双栅式FBG加速度传感器频响范围宽,量程大,稳定性好,双簧双栅式FBG加速度传感器的频响范围平坦区是0.520 Hz和2330 Hz,灵敏度分别是2 711 pm.g-1和3 336 pm.g-1,量程是0.12 g,静态误差是1.8%;大弹性系数双簧双栅式FBG加速度传感器的频响范围平坦区是0.540 Hz,灵敏度是1 154 pm.g-1,量程是0.022 g,静态误差是2.9%。此外,设计的传感器还可以实现振动频率的测量,大弹性系数双簧双栅式FBG加速度传感器可测频率范围最大。
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