基于FBG的新型加速度计研究

设计了一种新型的差动式光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)加速度计,论述了其传感结构的设计原理、理论分析和有限元仿真。文中设计的主梁与微梁相结合的差动结构形式,克服了传统悬臂梁结构FBG加速度计存在的固有频率与灵敏度相互制约的矛盾,提高了固有频率和灵敏度。同时,为了解决单悬臂梁结构加速度计存在的温度补偿问题,设计了差动式光学检测系统,使该加速度计的灵敏度较传统单悬臂梁结构提高了一倍。理论分析结果表明,该加速度计灵敏度可达到52.7pm/gn,固有频率250Hz。实验结果表明,该结构提高了加速度计的灵敏度,有效解决了FBG加速度计应变和温度交叉敏感问题,实验结果与仿真数据具有很好的一致性。     

光纤光栅应变传感特性的研究

叙述光纤Bragg光栅的反射率与栅距，有效折射率和入射波长的关系，用Matlab描述有效折射率和栅距的变化对反射波长的影响。以此为基础阐述光纤Bragg光栅的应变传感原理，并对光纤Bragg光栅的应变传感特性进行实验研究，实验结果与理论分析结果相一致。     

用于油库监测的光纤Bragg光栅传感器实验研究

通过对三种光纤Bragg光栅传感器的实验研究,得出实验数据并进行分析,表明光纤光栅传感器用于油库状态参数监测是可行的。该文介绍了分布式监测技术领域的一种新型技术——光纤Bragg光栅监测网络技术,指出了其相对传统技术所具有的独特优越性。最后,提出了一种基于光纤Bragg光栅传感技术的油库监测网络。     

基于平面膜片的高灵敏度光纤Bragg光栅压力传感器

提出了一种新颖的利用粘贴于平面圆形膜片环向上的光纤Bragg光栅来实现压力传感测量的高灵敏度压力传感器。推导了该传感器波长与压力之间的关系,得到了该传感器的压力响应灵敏度的解析表达式。从实验上获得了-4.8549fm/Pa的压力响应灵敏度,是裸光纤Bragg光栅压力响应灵敏度的1618.3倍。该传感器的压力响应具有很好的线性。同时指出,该传感器的压力响应灵敏度随着膜片的大小、材料的力学参量、光纤Bragg光栅粘贴位置的改变而改变。     

一种耐高温光纤Bragg光栅温度传感器

分析了光纤Bragg光栅在高温段的线性特征,设计了一种高温光纤Bragg光栅的传感探头,并进行了理论和实验研究,结果表明:该传感器有很好的重复性和良好的线性特性。其灵敏度为0.0304nm/℃,是裸栅的3倍,可检测的温度范围为0～230℃,且具有很高的稳定性,经10次等精度测量,其灵敏度值的波动不超过0.06%。可应用于高温环境下测量温度的变化。     

光纤Bragg光栅流量传感器

采用靶式结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的换能元件,其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿,有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题,提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤Bragg光栅流量传感器的载荷响应灵敏度为33.6pm/kg,测量精度为0.5%。     

关于光纤光栅应力传感及解调的研究

阐述了一种新颖有效的光纤光栅微应力传感及信号解调的方法,将光纤Bragg光栅在微应变作用下产生的波长变化用于传感测量,用一对光纤Bragg光栅进行信号解调,同时进行了温度补偿.理论上分析了传感的原理,实验上得到了线性度很高的响应.研究表明,本传感系统结构简单,操作方便,灵敏度高,可以识别1 με以下的变化.     

光纤Bragg光栅传感特性的实验研究

针对光纤Bragg光栅的温度和应力特性进行了实验研究。实验结果表明:光纤光栅的Bragg波长随温度和轴向应变的变化呈现出良好的线性和重复性;光栅的涂敷材料、支撑材料不会改变它的线性和重复性,但对其灵敏度有显著的影响。实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。     

光纤Bragg光栅水听器的实验研究

根据光纤Bragg光栅的传感原理,提出了一种新型水听器———膜片式光纤Bragg光栅水听器,并对其可行性进行了研究。实验表明:膜片型光纤光栅水听器可准确检测水声信号。     

光纤Bragg光栅传感器高速冲击试验研究

光纤Bragg光栅是一种性能优良的敏感元件,光纤Bragg光栅传感器在很多领域得到了应用.通过霍普金森压杆上的冲击试验研究了光纤光栅的动态响应能力.试验表明Bragg光栅能够正确响应不同频率的冲击信号,解调仪能够正确并快速解调出高速动态激励信号,同时Bragg光栅在受拉和受压时以及动态和静态灵敏度基本一致.光纤光栅传感器能够应用于武器侵彻爆炸等强冲击、恶劣环境下动态应力应变的测试.     

一种FBG水听器探头增敏结构的研究

为了提高光纤布喇格光栅(FBG)水听器的声压灵敏度,提出了一种基于薄壳弹簧的增敏结构.通过增大声压作用面积,并将径向压力转化为FBG的轴向应变,使FBG对声压信号的敏感度增加了2 900倍.利用有限元软件ANSYS对结构进行优化设计后,制作了基于该增敏结构的水听器原型样品并在水箱中进行了实验.实验结果表明,利用该增敏结构将FBG的声压灵敏度提高了约2 264.6倍,基本实现了设计目的.     

FBG振动参数监测试验研究

通过对光纤光栅传感器进行理论分析,建立了由测量光纤光栅传感元件的波长而得到振动参数的理论模型,介绍了测量系统信号处理,并对光纤光栅与加速度计的试验结果进行了比较。     

新型高灵敏抗冲击集成光学加速度计

提出一种新型基于微环谐振腔的集成光学加速度计,该加速度传感器具有较高的灵敏度(56.6 mV/gn)和良好的抗冲击性能(可达105gn)。介绍并分析了该加速度计的传感理论,建立了微环谐振腔耦合单元模型,通过Matlab软件和时域差分有限元(FDTD)法绘制了波导的模态传输曲线,优化了微环谐振腔的设计参数和微腔与波导的耦合间距,并且利用ANSYS给出了悬臂梁的承受冲击极限。最终,仿真结果与理论分析结果基本一致。该加速度计可为高灵敏抗冲击微光机电系统(MOEMS)传感器提供新思路和理论参考。     

灌封技术对MEMS高g加速度传感器性能影响研究

针对恶劣环境下高频信号的干扰与由封装引起的结构失效,设计了一种MEMS高g加速度传感器,通过灌封实现机械滤波,保证封装的可靠性。根据传感器封装工艺,利用ANSYS软件建立有限元模型,仿真分析了灌封技术对传感器结构和性能。结果表明：灌封技术可提高传感器的高过载能力和输出灵敏度,灌封弹性模量相对较大、密度相对较小的灌封胶可提高传感器的高过载能力和灵敏度。     

一种MEMS高g_n值加速度传感器的结构设计与仿真

高gn值加速度传感器在侵彻武器等领域受到广泛应用,对量程、灵敏度、固有频率等指标也提出了更高的要求。设计了一种MEMS高gn值加速度传感器,在传统梁—岛结构加速度传感器的基础上进行了改进,采用主微梁互补结构在提高固有频率、量程的同时,提高了灵敏度。在梁的末端提出了新式的延伸梁结构设计,大大减小了集中应力的现象,提高了结构的抗过载能力。利用ANSYS有限元分析软件,对该加速度传感器进行了静态、模态和瞬态分析。经仿真验证,该MEMS高gn值加速度传感器的各项指标均满足要求,具有明显的优越性。     

一种新型压阻式加速度传感器的设计与加工

提出了一种新型的基于AlAs/InxGa1-xAs/GaAs共振隧穿纳米薄膜结构的压阻式加速度计结构,运用MATLAB软件对敏感结构参数进行了计算,并利用ANSYS软件对加速度计结构进行了静态和模态分析,首次采用空气桥和控制孔加工工艺对共振隧穿二极管和悬臂梁-质量块结构进行了加工,并对加工出来的加速度计结构进行了频响特性实验。     

MEMS面内大量程加速度传感器设计与分析

针对目前导弹引信等武器系统领域对大量程加速度传感器的迫切需求,设计了一种测量平面内加速度的大量程压阻式加速度传感器.该传感器结构双端固支梁-质量块结构,可有效消除敏感轴轴间的交叉干扰,提高了测量精度.仿真分析表明传感器在敏感轴轴向灵敏度为1.41 μV/gn,可实现对150 000 gn的加速度载荷的测量.     

Temperature-insensitive accelerometer based on a strain-chirped FBG

A novel accelerometer based on a strain-chirped optical fiber Bragg grating (FBG) is proposed. The FBG is glued in a slanted direction onto the lateral side of a right-angled triangle cantilever beam with a mass bonded on its free end. Vertical acceleration applied to the cantilever beam leads to a uniform bending along the beam length. As a result, the FBG is chirped and its reflection bandwidth changes linearly with the applied acceleration. A high sensitivity of 0.679 nm/g has been achieved in the experiment. This sensor is temperature insensitive, owning to the temperature-independence nature of reflection bandwidth of the FBG.     

高g光学微腔加速度计的结构设计

针对高量程加速度测试需求,提出了一种基于光弹效应的新型光学加速度传感器;利用MATLAB软件和时域差分有限元(FDTD)对微环谐振腔悬臂梁加速度计的结构进行优化设计,详细分析了波导传输模态,传感器灵敏度以及工作带宽与波导尺寸、微悬臂梁尺寸的关系。在优化设计的基础上,通过ANSYS软件对悬臂梁的抗冲击性能进行仿真,其抗冲击可达104gn,灵敏度为10-2pm/gn,能有效满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求,可以应用于侵彻系统,并为集成小型化高灵敏抗冲击微光机电系统(MOEMS)传感器提供理论参考。