微地震中光纤光栅加速度传感器研究

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  (1)阐述了微地震监测技术应用场景和特点,对国内外光纤传感技术和FBG不同类型加速度传感器进行综述,研究了FBG传感原理和FBG应变、温度传感模型,对FBG加速度传感器的振动特性进行分析并总结了现有FBG加速度传感器的封装方法。
  (2)研究并设计了基于L型支架结构和基于对称式铰链结构的FBG加速度传感器,通过转矩平衡和动力学方程推导传感器性能指标公式,使用MATLAB得到传感器结构参数对谐振频率与灵敏度的影响曲线以选定传感器尺寸参数,最后采用ANSYS有限元仿真对理论模型进行验证。
  (3)构建了FBG加速度传感器振动实验系统,对研制两种传感器进行实验性能特性测试。结果表明,基于L型支架结构的铰链式加速度传感器在50-1000Hz响应线性度较好,灵敏度为18pm/g,横向扰动为8.87%。基于对称结构的铰链式加速度传感器在50-900Hz响应线性度较好,灵敏度为18.92pm/g,横向扰动为9.05%。
  (4)针对研制铰链式传感器抗横向干扰能力不足的问题,提出了一种基于双弹性板的铰链式加速度传感器。推导传感器力学模型并对其进行模态仿真分析,研制传感器并在振动实验系统中进行性能实验测试。结果表明,基于弹性板的铰链式加速度传感器在50-700Hz响应线性度较好,其灵敏度为19.7pm/g,横向扰动为5.15%。
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