论文部分内容阅读
光纤法珀加速度传感器具有精度高、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰和传输频带宽等优点,在振动测试、地震波监测、航空航天等领域具有良好的应用前景。但是直到目前,还没有产品化的光纤法珀加速度传感器和成熟的光纤法珀加速度传感器信号解调方案。
本文基于惯性质量引起法珀腔腔长的变化实现加速度传感的原理设计了一种光纤法珀加速度传感器,提出了基于菲索干涉仪解调光纤法珀加速度传感器的原理及系统。针对提出和设计的基于菲索干涉仪的光纤法珀加速度传感器解调系统,建立了菲索干涉仪的输出相对光强与光纤法珀加速度传感器的法珀腔腔长和菲索干涉仪的厚度之间的关系模型,进一步建立了基于菲索干涉仪的光纤法珀加速度传感器系统的加速度解调理论模型。在此基础上建立了基于菲索干涉仪解调并联复用光纤法珀加速度传感器系统的解调理论模型,并对菲索干涉仪解调多通道光纤法珀加速度传感器的复用能力进行了分析。为了验证菲索干涉仪解调光纤法珀加速度传感器及其并联复用系统的可行性,本文对菲索干涉仪解调光纤法珀加速度传感器及其并联复用系统信号的原理进行了数值仿真,研究结果表明数值仿真结果和理论分析相吻合,菲索干涉仪解调光纤法珀加速度传感器及其并联复用系统具有可行性。
本文的主要研究工作和成果包括:
1.本文基于惯性质量引起法珀腔腔长的变化实现加速度传感的原理设计了一种光纤法珀加速度传感器,并对构成光纤法珀加速度传感器的光路和膜片式敏感单元进行了分析。分析表明,光纤法珀加速度传感器采用光纤准直器和平面反射镜构成的法珀干涉仪作为换能单元具有结构简单、光路对准容易的优点,另外可以减少光纤出光角所引起的法珀腔边缘光能损失;膜片式敏感元的高共振频率和高相位灵敏度是相矛盾的,所以在设计中应根据使用要求,作适当折衷,确定合适的共振频率和相位灵敏度。
2.提出了基于菲索干涉仪解调单轴光纤法珀加速度传感器的原理及系统。针对提出和设计的基于菲索干涉仪的光纤法珀加速度传感器解调系统,建立了菲索干涉仪的输出相对光强与单轴光纤法珀加速度传感器的法珀腔腔长和菲索干涉仪的厚度之间的关系模型,进一步建立了基于菲索干涉仪的单轴光纤法珀加速度传感器系统的加速度解调理论模型。在此基础上对菲索干涉仪解调单轴光纤法珀加速度传感器信号的原理进行了仿真。研究结果表明,仿真结果和理论分析相吻合,菲索干涉仪解调单轴光纤法珀加速度传感器系统具有可行性。
3.在对基于菲索干涉仪解调单轴光纤法珀加速度传感器的原理及系统理论分析的基础上,本文提出了基于菲索干涉仪的并联复用光纤法珀加速度传感器的解调原理及系统。针对我们提出和设计的基于菲索干涉仪的光纤法珀加速度传感器并联复用系统,建立了菲索干涉仪的输出相对光强与并联复用的光纤法珀加速度传感器的法珀腔腔长和菲索干涉仪的厚度之间的关系模型,进一步建立了基于菲索干涉仪的多通道并联复用光纤法珀加速度传感器系统的加速度传感理论模型。在此基础上对菲索干涉仪解调并联复用光纤法珀加速度传感器信号的原理进行了数值仿真,并对基于菲索干涉仪解调的多通道光纤法珀加速度传感器并联复用能力进行了分析。研究结果表明,数值仿真结果和理论分析相吻合,菲索干涉仪解调多通道光纤法珀加速度传感器并联复用系统具有可行性。
4.针对提出和设计的基于菲索干涉仪的光纤法珀加速度传感器及其并联复用系统的信号解调系统,建立了菲索干涉仪解调光纤法珀加速度传感器及其并联复用系统的实物实验方案,并搭建了初步的实验系统,为后续实验验证奠定了基础。