【摘 要】
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随着科技和生产的发展,传感技术在理论和应用上都取得了长足的进步,基于光纤结构的各类传感器一直是传感领域研究的热点。光纤加速度传感器作为光纤传感器产品中关键的一类,
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随着科技和生产的发展,传感技术在理论和应用上都取得了长足的进步,基于光纤结构的各类传感器一直是传感领域研究的热点。光纤加速度传感器作为光纤传感器产品中关键的一类,主要用于振动加速度的测量,涉及到社会生活的诸多领域。其具有高精度、抗电磁干扰、适于长距离传输、易复用等独特的性能,被广泛应用于一些特殊领域。例如航空航天、矿井监测、地质灾害预警、楼层建筑的结构监测等系统。本论文针对高精度光纤加速度传感器的应用需求,设计制作了两种基于短腔分布布拉格反射(DBR)光纤激光器的加速度传感器。通过将微振动加速度信号转化为激光器输出正交偏振光的拍频信号,使传感解调变得更为简单可靠,同时获得很高的加速度传感灵敏度和测量精度。主要工作内容包括以下几个方面:(1)从光纤激光器的特性出发,结合光纤光栅的模式耦合理论,对短腔DBR光纤激光器的工作特性及传感机理进行了理论分析;然后在此基础上研究了短腔DBR光纤激光器的刻写工艺,并对制作的样品性能进行了实验测试。(2)分析了加速度传感器的力学模型,提出基于弹簧-质量块结构的短腔DBR光纤激光加速度计,并完成了传感理论分析和机械结构的设计加工,并通过微振动模拟平台对其传感性能进行了实验测试。实验测试结果显示该传感器对低频微振动信号的传感灵敏度达到了35.0MHz/g。(3)为了实现小型化和轻量化,对传感器结构进行进一步改进,提出了基于悬臂梁结构的短腔DBR光纤激光加速度传感器。理论分析表明悬臂梁结构能够有效放大微振动带来的力学效应。通过结构参数设计和优化,研制了加速度计样品。实验结果显示,该传感器在100Hz-250Hz频带内的加速度响应灵敏度显著提升至1.4202GHz/g。(4)最后,对本论文的工作进行了总结,同时对传感器的进一步优化给出了意见。
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