光纖加速度傳感器系統(tǒng)研究畢業(yè)論文-在線瀏覽
2025-08-05 19:53本頁面
【正文】 ，將機(jī)械振動轉(zhuǎn)換為電信號來實現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)的檢波器靈敏度不高，無法滿足人們對地震監(jiān)測的要求。加速度作為振動的一種動態(tài)參數(shù)，它可以和位移，速度相互轉(zhuǎn)換，能夠從加速度信號中提取位移或者速度信號等作為振動物體的狀態(tài)參數(shù)。光纖加速度傳感器主要用于測量振動的加速度，在現(xiàn)代工業(yè)各種領(lǐng)域都會涉及到振動加速度的測量，因此，靈敏度高，頻率范圍大，信號傳輸距離遠(yuǎn)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，實現(xiàn)智能化是對未來光纖加速度傳感器的基本要求。隨著光纖傳感技術(shù)的不斷提高，給光纖加速度傳感器的發(fā)展帶來了前所未有的機(jī)遇，與傳統(tǒng)的機(jī)械磁電式，壓電懸浮式，電磁懸浮式等加速度傳感器相比，靈敏度得到了很大的提升，光纖加速度傳感器的種類也越來越多，主要有強(qiáng)度調(diào)制型，波長調(diào)制型，相位調(diào)制型，模式調(diào)制型和偏振態(tài)調(diào)制型等。美國Micron Optics公司設(shè)計了一種基于光纖布拉格光柵的Os7100光纖加速度傳感器，它采用標(biāo)準(zhǔn)螺紋結(jié)構(gòu)連接與結(jié)構(gòu)表面，并且可以組合成雙軸或三軸結(jié)構(gòu)，同時基于光纖布拉格光柵技術(shù)的自身優(yōu)勢，可在一根光纜上串聯(lián)許多個傳感器。丹麥的傳感研究所提出了一種基于順變柱體的光纖加速度計，順變材料對振動信號比較敏感，可作為光纖加速度傳感器傳感探頭的感應(yīng)元件，將加速度所致應(yīng)變施加到傳感光纖上，引起光纖中的光波產(chǎn)生相位變化，此相位變化即代表被測加速度值，傳感頭結(jié)構(gòu)主要包括一個質(zhì)量塊，兩個順變柱體和傳感光纖，兩根傳感光纖作為邁克耳遜干涉儀的兩臂分別纏繞在兩個柱體上形成推挽式結(jié)構(gòu)。這種推挽式的結(jié)構(gòu)對改善傳感系統(tǒng)有比較好的效果，可以對有用的信號實現(xiàn)放大，而對其它噪聲信號，溫度變化等達(dá)到抑制的作用。 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所采用了一種等強(qiáng)度懸臂梁結(jié)構(gòu)的光纖加速度傳感器，懸臂梁是由碳質(zhì)纖維材料制成的等強(qiáng)度懸臂梁，從俯視圖看，懸臂梁是等腰三角形，它一端與慣性質(zhì)量塊聯(lián)結(jié)在一起，另一端固定在機(jī)座上，光纖布拉格光柵粘在等強(qiáng)度懸臂梁的中軸線上，由等強(qiáng)度懸臂梁，光纖布拉格光柵，慣性質(zhì)量塊以及外殼構(gòu)成一個單自由度系統(tǒng)。 圖13 懸臂梁式光纖加速度傳感探頭結(jié)構(gòu) 圖14 懸臂梁式光纖加速度傳感探頭結(jié)構(gòu)俯視圖。本章首先分析了光纖Bragg光柵的傳感基理，然后再介紹了光纖Bragg光柵的制作工藝。使得光纖光柵的制作技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，就其本質(zhì)講是由于光纖芯區(qū)折射率周期性的變化，使得光纖波導(dǎo)的條件發(fā)生改變，進(jìn)而會使一定波長相對應(yīng)的模式產(chǎn)生耦合，導(dǎo)致反射光譜和投射光譜對該波長出現(xiàn)奇異性。光纖Bragg光纖光柵是目前應(yīng)用比較廣泛的一種光纖光柵，光柵的柵格周期一般為100nm量級，光纖的軸向與光柵的波矢方向一致，這種光柵具有較高的反射率和較窄的反射譜，它的反射率和反射帶寬可以通過改變寫入條件來加以調(diào)節(jié)和控制。光纖Bragg光纖光柵的結(jié)構(gòu)如圖21所示。光纖Bragg光柵的折射率分布如下：在光柵長度為L的光纖小段內(nèi)制成周期為的光柵，而在未寫入光纖前，纖芯的折射率為n1，半徑是a1，而包層的折射率為n2；光纖光柵寫入后，在周期性結(jié)構(gòu)中所引起的折射率在纖芯內(nèi)的微擾可改寫成： （21）紫外光引起折射率
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