新型光纤Bragg光栅低频加速度传感器的设计和实验研究

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现代工业领域中的低频振动测量研究意义重大。低频振动监测在各种不同的工程应用中是一个至关重要的问题,例如:大型土木工程和基础设施的安全性监测、机械工程和铁路网络系统等。怎样实现如此大型基础设施或工程系统的无损健康监测系统是非常具有挑战性的。加速度传感器是智能诊断系统的关键技术之一,它在振动监测的智能诊断应用中有着非常重要的作用。电磁类加速度传感器是当前获取振动加速度相关信息的主要方法。然而,目前这种电类加速度传感器自身存在一定缺陷,因而限制了它的应用。光纤光栅传感器重量轻、体积小、不受电磁干扰、灵敏度高、带宽宽以及适用于恶劣的工作环境,使其能够替代传统的电类传感器用于振动监测等领域。论文以光纤布拉格光栅的传感原理为基础,结合一般振动加速度传感器的设计方法,设计了基于弯曲伸张结构和金属波纹管结构的两种光纤Bragg光栅低频加速度传感器,在此基础上完成了对以上设计方案的理论分析和实验研究。通过与标准压电加速度传感器的校正实验,得到了光纤布拉格光栅加速度传感器的幅频特性和灵敏度等参数。实验结果表明:基于弯曲伸张结构的光纤光栅加速度传感器的谐振频率为16.7Hz、灵敏度系数为410.7pm/g;基于金属波纹管结构弯的光纤光栅加速度传感器的谐振频率136.5Hz、灵敏度系数为548.7pm/g。实验结果与理论值接近。通过传感器结构参数的优化,可进一步提高传感器的性能指标。从实验结果可以看出:论文中设计的光纤布拉格光栅加速度传感器适用于10Hz和100Hz以下的低频振动测量。最后,在上述研究工作的基础上提出了三维光纤光栅加速度传感器的模型,并对其进行了理论分析。
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