【文章內容簡介】 40℃，耦合比從.. 49．2增加到50．9，由溫度產生的誤差2，輸出變化的擬合曲線方程為.. R一0．00034t+ 0．0234t+46．39，式中.. t為溫度的變化量，單位為℃，尺為耦合輸出比，單位為。有試驗表明l1引，在耦合區(qū)的外臂若采用結晶毛細石英管，耦合比為109／6～9o時，溫度漂移可以穩(wěn)定在.. 0．A以內。從圖4b可看出對耦合光纖傳感5o()，器施加橫向的拉力或壓力變化時，由于耦合區(qū)的體積很小，產生的形變幾乎可以忽略，耦合器的輸出比基本沒有什么變化，器件呈現(xiàn)出非常良好的抗干擾性。.. (a)溫度對輸出耦合比的影響 (a)Efffectoftemperatureoncoupling ratio (b)橫向應變對輸出耦合比的影響.. (b)Efffectoftransversestain on coupling ratio圖4溫度、橫向應變對耦合器輸出比的干擾影響.. Fig．4 Efffectsoftemperatureand transverseinter feecplnrtosrneoouig ai4單模光纖耦合傳感器動態(tài)特性分析將上述的耦合型光纖傳感器粘貼在被測對象上，可以簡化為由集中質量、集中剛度k和集中阻尼.. c組成的二階單自由度受迫振動系統(tǒng)，其振動力學模型可以表示為：；+2立+∞z一~。，.. 6)g(其中，代表質量塊.. m相對于傳感器殼體的運動；；；。是傳感器殼體的加速度(即要測量的對象的加速度)；為系統(tǒng)的固有頻率，叫.. =~／志／m；為阻尼比，一—=。由于耦合器產生的應變.. e 2√mk是一個很小的量，所以輸出功率差可以近似為【：.. AP=一sin2Cl￡≈一2Cl￡一一C．Z．IZLm．3。5。1) 。，.. n—.. (7)其中，C為光纖耦合系數(shù)，L是耦合器耦合區(qū)的長度。由式(7)可知，耦合器兩輸出端的輸出功率之差與激振源的振動加速度成線性關系。因此，可以通過測量耦合器輸出功率變化求出傳感器加速度的值，實現(xiàn)對振動的測量。當振動頻率較低時，由于振動傳導在被測介質內的振動波長較長，振動對耦合區(qū)的折射率的變化影響并不明顯，振動對耦合輸出的影響主要表現(xiàn)為通過特定的外部結構使振動引起耦合區(qū)長度的改變，從而導致耦合輸出的變化；而高頻振動信號引起耦合輸出的主要表現(xiàn)為振動引起耦合區(qū)折射率的變化，導致耦合系數(shù)發(fā)生變化。根據(jù)光纖耦合振動傳感器的工作原理，設計了由等強度懸臂梁、光源、單模光纖耦合傳感器、壓電振動傳感器、光電轉換、差動接收放大電路、濾波器和信號處理單元等部分組成的振動檢測實驗系統(tǒng)，如圖5所示，圖5(a)中V和分別為耦合器兩個端口的解調輸出電壓，激光光源發(fā)出的光進入耦合型光纖振動傳感器，傳感器的兩個輸出臂發(fā)出的光通過光電二極管接收，然后對放大后的電信號，進行高頻噪音信號濾波和A／D轉換，進入計算機進行信號顯示及分析處理。其中，對光電轉換后的信號進行差動比較放大，目的是為了抵消光源輸出功率的波動和外界噪聲信號對測量結果的影響。系統(tǒng)光源采用.. FP—ID半導體第.. 111期蔣奇，等：單模光纖耦合傳感器的設計激光器，工作波長為.. 1310nm，輸出光功率為3mW。放大電路前端采用.. AP0917TP光電二極管，響應時間為0．3ns，最大額定電流為5InA，用于保證測量轉換電路的快速響應。A／D轉換模塊采用研祥公司生產的AD—LINK2205型.. A／D轉換卡，采樣速率為500kHz／s，分辨率為12bit。測試前將梁的中部用酒精搽洗干凈，用環(huán)氧樹脂將光纖耦合傳感器和壓電振動傳感器粘貼在橫梁的縱向的表面上，粘貼時要保證它們在梁上的縱向位置相同，橫向靠近且方向一致，避免因梁剪切應變引起的測量誤差。壓電振動傳感器選擇的是專門用于振動和加速度測量的YJ9A型傳感器，測量頻率為.. 1～lOkHz，測量加速度最大為.. 2000 ms一。通過該壓電振動傳感器和光纖耦合振動傳感器探測感應同樣的擾動信號，對比測試，分析它們的動態(tài)性能。i[l廠再.. Couplng —Photoe—ectri lllightsource~ conversion E [一.. XC “elter 罔.. r吾]l l 10l一一圖5光纖耦合器振動測試實驗系統(tǒng)結構5 Diagram ofvibrationtestsystem forfibercoupler．.. 實驗中，采用沖擊激勵來檢驗光纖耦合振動傳感器和壓電振動傳感器在較寬頻段上的響應特性，圖6是單模光纖耦合器的時域(上圖)和頻域.. (下圖)分布圖。圖7是壓電傳感器的時域(上圖)和頻域(下圖)分布圖。由此可知，二者都能夠很好地測試、分離振動信號的時、頻域波形，且頻率響應基本一致。在同樣的沖擊激勵下，光纖耦合振動傳感器的最大幅值響應達到.. 2．6V，比壓電傳感器2．3V的響應高出13。耦合傳感器響應快，靈敏度更高些，具有較高的阻尼比，振動響應的持續(xù)時問較短，信號收斂的較快。從它們的頻域譜圖中可以看出，壓電傳感器測出的懸臂梁的最大幅值響應頻率為.. 92．7Hz，稍低于耦合傳感器測出的最大幅值響應頻率.. 93．1Hz，這是由于壓電傳感器自身的質量在測量中增加了懸臂梁的質量，使系統(tǒng)的響應頻率發(fā)生偏移，而耦合傳感器因其質量非常輕，在測量過程中對測量對象產.. 生的影響可以忽略不計，因而，所得到的懸臂梁的基頻頻率更接近于實際值。.. t／s (a)時域曲線.. (a)Hammerresponse專2 1 l1 瓣≥基：^ f／.. L一，——、.. 吾.. 2 y／Hz (b)頻域曲線.. (b)Frequency spectrum圖6光纖耦合振動傳感器的沖擊響應時域和頻域曲線.. Fig．6 Hammerresponseandfrequency spectrum of fibercoupl