基于莫尔条纹的光纤惯性式振动传感器系统

设计了一种基于莫尔条纹的光纤惯性式振动传感器,通过光栅对(grating pair)的相对运动产生莫尔条纹实现振动位移的感知,由4路光纤作为信号的传输通道将莫尔条纹信息传输至信号处理电路。详细讨论了莫尔条纹与振动信号的关系,经信号处理电路以及莫尔条纹细分、方向辨别算法,将莫尔条纹信号转换成振动位移和方向。通过幅频特性补偿电路对低频段进行补偿,实现平坦的宽频带频率响应。实验结果表明,传感器的谐振频率为5.35Hz,通过补偿后下降至0.05Hz;在0.1~1 000Hz频率响应范围内,起伏小于0.011mm。     

基于柔性铰链结构的高灵敏度低频光纤光栅加速度传感器

设计了一种基于柔性铰链结构的光纤光栅加速度传感器,进行了结构理论分析,并构建有限元模型仿真分析了传感器的加速度传感特性。基于F-P滤波器构建了具有温度自补偿功能的光纤光栅加速度检测系统,并通过增加反馈控制电路,对F-P滤波器进行反馈控制,实现了系统的零点自温度补偿。对系统的特性进行了实验测试,结果表明:系统对加速度的连续激励信号和冲击激励信号均有良好的动态响应,系统的固有频率为380.0 Hz,动态响应范围可达65.6 dB,频率响应范围为10.0 ~240.0 Hz,灵敏度为236 pm/g,所设计的加速度传感器具有较强的横向抗扰能力,干扰方向灵敏度仅为工作方向灵敏度的3.5%。     

一体式光纤光栅三维加速度传感器

提出了一种基于光纤光栅(FBG)的一体式三维加速度传感器.该传感器以十字梁为弹性体,采用有限元分析方法研究了弹性体的应变分布特征,5个光纤光栅按照特定的规则被封装在梁的表面.通过将两两组合的光纤光栅波长漂移量的差值作为传感器不同振动方向的输出信号,实现三维加速度的低耦合测量及温度补偿.振动测试结果表明,该传感器在x、y和z方向的谐振频率分别为2000,1920,1160 Hz,工作频带分别为20～1400 Hz、20～1300 Hz和10～800 Hz,在x、y和z方向的灵敏度分别为1.36,1.70,1.31 pm/g.该传感器具有良好的线性度、弱耦合性和温度补偿能力.     

一种新的光栅微位移测量方法的研究

为了实现光栅莫尔条纹的精确计数和微位移的高精度测量,提出了一种新的莫尔条纹精确计数算法.当光栅移动时,通过CCD摄像器件将莫尔条纹转换为动态光电信号,即随时间变换的正弦信号.利用条纹周期性的能量分布曲线,对移动的莫尔条纹进行精确计数和判向,通过使用Matlab软件编辑界面,直观的显示光栅莫尔条纹移动个数及光栅微小位移.通过对莫尔条纹精确计数达到了对微小位移测量.实验结果表明,测量精度可以达到1μm.     

CCD图像传感器在光栅传感器中的研究与应用

本文基于光栅传感器,提出借助CCD图像传感器代替传统的硅光电池对莫尔条纹进行检测,完成了信号的细分,并以位移的测量为例,实现了对位移的高精度测量。     

单光栅数字莫尔位移测量法

提出了一种使用单光栅测量位移的新方法,在该方法中,光栅信号经放大后由图像传感器阵列接收并被传送至计算机,然后通过与其镜像图像叠加的方式得到数字莫尔条纹,最后利用图像传感器像素的空间均匀性对莫尔条纹直接进行细分进而测得位移量。与传统的双光栅莫尔条纹位移测量法相比,该方法完全消除了光栅副层叠间隙,装调更为方便,而且细分成本更低。在阿贝比长仪上对由周期为20 m的光栅和2 0481 536像素的CMOS图像传感器构成的分辨率为0.04 m的测量系统进行测试,结果表明其最大位移误差优于0.18 m。     

一种新型滑动杆式光纤光栅振动传感器研究

为了提高振动传感器对加速度信号测量的灵敏度 ,本文提出了一种新型的基于悬臂梁和滑动杆结 合的光纤光栅振动加速度传感器。详细阐述了传感器的结构和工作原理,并推导了传感器固 有频率和灵敏 度的理论公式。最后通过振动台测试了传感器的固有频率和灵敏度,并和光纤光栅仅沿光纤 轴向上受力的 实验数据进行了比较。实验结果表明,传感器频率响应曲线的平坦区域在10～38Hz之间,传感器的固有频 率为62Hz,灵敏度为52.8pm/g。与光纤光栅 仅沿光纤轴向受力的实验相比较,加速度灵敏度提高了70.8%。     

基于光纤光栅的杆型二维振动传感器

为了实现两个方向的振动信号检测,提出了一种以杆为弹性结构的二维光纤光栅振动传感器。首先对该传感器进行了理论分析,并推导出其固有频率和灵敏度公式。然后对传感器结构进行了优化仿真,确定各个参数的最终值。最后通过实验研究了传感器的各项性能。实验结果表明,该传感器在x方向上的固有频率为493 Hz,灵敏度为54 pm/g,线性度为99.9%;在y方向上的固有频率为466 Hz,灵敏度为5 pm/g,线性度为97.5%。此外,采用双光纤光栅消除了温度对振动信号测量的影响,温度灵敏度为0.1 pm/°C。该传感器结构简单,可检测两个方向的振动信号,消除了温度的影响,在振动信号检测中表现良好,因此在多维振动信号检测领域具有重要研究意义。     

基于氧化石墨烯微腔的光纤多频声振动传感器

本文提出一种基于氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)微腔的光纤多频法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)声振动传感器.该传感器使用单模光纤端面和GO薄膜构成微米级尺度的FP干涉微腔结构,采用液相法制备GO薄膜并将其作为声振动信号的敏感材料,实现对外界声振动信号的探测.通过控制和优化FP微腔长度可以获得消光比最大的干涉光谱,并对该传感器施加不同频率的单频、双频和三频声振动信号以测试其对多频信号的响应能力.实验结果表明,该传感器具有较高的信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR);对单频振动信号传感的SNR最高可达61.8 dB,频率响应范围较宽,约为500 Hz～20 kHz;对双频和三频声振动信号传感的SNR最高分别可达56.8 dB和54.4 dB.     

基于光纤激光器的微振动信号保真拾取干涉仪

提出了一种新型的远距离微振动信号的测量和保真拾取系统.该系统基于迈克尔逊干涉仪结构,以窄线宽光纤激光器为光源,采用相位载波零差解调方案实现信号的还原.通过优化压电陶瓷堆(PZT)相位调制器驱动电路,有效地提升了系统的频率响应范围.通过引入移相电路提高了系统的信噪比.系统在50 Hz～4 kHz频率范围内线性度良好,输出信号的信噪比为60 dB,谐波抑制比为50 dB,系统的灵敏度为1×10-5rad/Hz1/2.     

基于匹配滤波解调的光纤光栅振动传感器设计

为了弥补现有振动传感器的不足,在分析匹配光栅解调原理的基础上,设计了一种新型的光纤光栅振动传感器.该传感器采用了梁式结构,可以通过调节梁改变传感光栅的中心波长和传感器的固有频率,既可以实现匹配解调,又扩大了频率测量范围.通过标准信号测试实验,得出该光纤光栅振动传感器具有良好的频率检测性能,频率测量范围为0～200 Hz,在20 Hz、190 Hz检测的波形具有良好的信噪比.     

直线光栅位移传感器在汽车侧滑量测试中的应用

针对汽车侧滑量的测量,采用计量光栅位移传感器,根据莫尔条纹原理测量侧滑试验台滑板的机械位移,进而通过对光栅传感器的两相位置信号进行鉴相及四倍频,由单片机进行数据处理,锁定并显示测量过程中的侧滑量峰值,同时通过串行端口将侧滑量数据传送至上位PC机中。大大提高了测量速度、精度和重复性。     

分布式干涉型光纤振动传感器实验研究

为实现无电磁干扰的小区周界安全检测,开发出了一种新型的分布式干涉型光纤振动传感器,基于MZ光纤干涉型传感光路,采用干涉法检测光缆振动,构成小区光纤周界检测传感器,当传感光纤受到外界入侵扰动时,接收到的干涉条纹会产生明显的变化,从而给出周界安全预警。并分别以频率14.6678Hz和20.2012Hz的三角波作为调制信号进行了实验研究,结果显示,干涉型扰动探测系统非常灵敏,只要光缆有轻微的触动,波形就会有明显的改变,很容易区分有无外界的扰动发生,对安全防范意义重大。     

基于弱光纤光栅阵列的分布式振动探测系统

基于时分复用技术,提出了一种分布式弱光纤光栅(FBG)阵列振动探测系统。通过匹配干涉仪检测相邻弱FBG的干涉信号,可以得到振动信号的频率、相位和位置等相关信息,从而实现高灵敏度分布式测量。使用3×3相位解调方法对干涉信号进行解调,可以有效地降低系统的相位噪声。采用光栅个数为660、间距为2.5m的弱FBG阵列对该系统进行了验证。实验结果表明,系统的干涉条纹可见度与相邻弱FBG的波长差有关;同时,系统能准确地分辨出不同频率的信号,频率响应范围在20~1000Hz之间,具有很好的频率响应;与标准的地震检波器对比发现,该系统传感单元具有更高的灵敏度。     

基于可调谐DFB激光器的FBG加速度检测系统

基于分布式反馈DFB激光器的窄线宽 特性及可调谐特性,设计了自温度补 偿的光纤Bragg光栅(FBG)加速度检测系统。采用简支梁结构,设计了FBG低频加速 度传感器。通过增 加温度补偿光路,对DFB激光器的中心波长进行实时反馈控制,实现了系统对温度影响的 自补偿。实验结果表明,系统对冲击激励信号和加速度的连续激励信号均有良好的动态响应 , 系统的固有频率为25.1Hz,频率响应范围为0~400.0 Hz,加速度的最大灵敏度约为 1.89 V/m·s²,并且系统具有良好的温度稳定性。     

高灵敏抗冲击光纤光栅微振动传感器

针对高灵敏度的光纤布拉格光栅（FBG）振动传感器的抗冲击可靠性,设计了一种具有限振结构的双悬臂梁型FBG振动传感器,理论分析了结构参数与灵敏度和振动位移的关系,进行了结构优化,确定了限振幅度。制作了限振幅度约为90m的传感器样品,对传感器的加速度灵敏、频率响应、抗冲击性能进行了测试,结果表明,传感器的加速度灵敏度达到525 pm/g,谐振频率约为66 Hz,传感器经过50 g反复冲击,频响特性具有良好重复性,表明传感器具有较高的可靠性。     

基于柔性铰链的FBG三维加速度传感器

针对振动测量中三维振动信号测量需要,基于柔性铰链设计了一种光纤光栅(FBG)三维加速度传感器。构建了传感器拾振机构的振动模型,介绍了传感器的结构模型和测量原理,推导了传感器谐振频率和灵敏度理论公式,建立了拾振机构的数学模型,并用MATLAB对传感器拾振机构关键尺寸参数进行优化设计。根据优化后尺寸制作了传感器,通过振动实验对其进行性能测试。实验结果表明:该传感器在X轴、Y轴和Z轴方向的谐振频率分别为673,667和1376 Hz,工作频率区间分别为0~220 Hz,0~220 Hz和0~450 Hz,灵敏度分别为72.3,70.2和83.1 pm/g。所设计的传感器具有较好的横向抗干扰能力,能够满足三维振动信号测量的要求。     

一种辨别莫尔条纹移动方向的实时性辨向电路

分析了传统辨向电路在莫尔条纹高倍数细分时有一定的时间延迟．对于小幅度的振动信号不能实现正确的辨向，在高倍数细分电路中有着难以克服的缺陷。进而提出了一种新的实时性的辨向电路，对实现高倍数细分有重要意义。     

基于边缘滤波法的光纤光栅振动传感器解调技术

为了满足各种场合中对振动信号监测的需求,基于长周期光栅的边缘滤波原理,设计了一种结构简单、低成本的光纤布喇格光栅振动传感器解调系统。系统在硬件部分采用双光路结构及低噪声光电转换电路,解调及显示软件基于LabVIEW平台开发。通过在可调谐振动台上试验,证明了系统能实现对振动传感器可用范围(0Hz~300Hz)内振动信号频率的解调,误差在3%以内。结果表明,振动加速度与模拟信号伏值成线性关系,拟合得到本系统的比例因子为0.94,拟合程度为0.9752,可对加速度在0~4.7g范围内的振动信号进行振动加速度解调。     

反射式光纤传感器在高清晰度CPT荫罩振动测试中的应用

文中研究了反射式光纤传感器在高清晰度CPT荫罩振动测试中的应用，系统采用反射式光纤传感器和高速数据采集电路，实现了对测试荫罩位移振动过程的实时、非接触、快速地测量，充分发挥了激光光纤传感测量方法的突出优点。