一种基于‘E’型梁结构的光纤光栅振动传感器

为了提高梁式结构光纤光栅振动传感器的测量灵敏度,设计并提出了一种悬臂梁结构 的光纤光栅振动传感器。首先对悬臂梁结构的光纤光栅振动传感器的工作原理进行理论上的 分析,其次对结构中悬臂梁长度和光纤光栅有效长度与固有频率和灵敏度的关系进行了仿真 ,以便传感器获得较高的灵敏度。仿真结果表明,固有频率随光纤光栅有效长度的增加而逐 渐减小,但灵敏度随悬臂梁长度的增加而增大。而当光纤光栅有效长度增大时,光纤的固有 频率和灵敏度有减小的趋势。根据理论上分析和仿真结果,最终确定了‘E’型梁结构的最 佳参数和光纤的有效长度,这一点在实验中得到了很好验证。实验结果表明,传感器的平坦 区域为15 Hz~60 Hz,其固有频率为83Hz,灵 敏度高达481.32 pm/g。该振动传感 器在振动信号检测中的良好表现,这将在桥梁、建筑等振动传感领域具有重要的研究意义。     

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%。     

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.     

基于对称悬臂梁的小型化低频FBG加速度传感器研究

提出了一种基于对称悬臂梁的小型化低频光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。首先根据传感器结构的力学模型,推导出传感器的灵敏度和固有频率表达式;然后对传感器进行结构参数优化,采用ANSYS Workbench对传感器进行静应力与模态分析;最后根据分析结果制作传感器,并实验研究了传感器的幅频响应、灵敏度特性、横向抗干扰能力和冲击响应。结果表明,该传感器固有频率为72 Hz,灵敏度为681.7 pm/g,抗横向干扰度小于4.9%,且体积仅为6.48 cm^(3),可用于50 Hz以下的低频微弱振动信号的实时监测。     

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%。     

双光纤-悬臂梁FBG加速度传感器研究

针对现有悬臂梁FBG加速度传感器光纤表面粘贴会造成FBG受力不均匀,并且无法在温度变化和振动等复杂的环境中工作的问题,提出一种双光纤-悬臂梁结构的FBG加速度传感器。理论分析了结构参数对传感器灵敏度和固有频率的影响,并采用ANSYS有限元分析软件进行了静应力和模态仿真分析,最后搭建了测试系统对传感器进行性能测试。结果表明,加速度传感器的固有频率为84.86Hz,在15~60Hz的低频段具有平坦的灵敏度响应,双光纤在增加传感器的灵敏度的同时有效消除了温度变化的影响,加速度灵敏度为156.70pm/g,线性度为99.38%,刚性梁有效增加了结构的稳定性,在工作频段内的横向串扰为-26.97dB。     

对称推挽式光纤光栅振动传感器设计研究

为实现对低频振动信号高品质探测,设计了一种新型光纤光栅振动传感器,采用双光栅对称推挽式探头结构,可以有效抑制温度和应力交叉灵敏特性。通过理论仿真分析,表明传感器具有高灵敏度和良好的低频探测性能,经优化设计,灵敏度可达546 pm/g,在0~100 Hz之间,灵敏度动态响应特性良好。     

基于L型悬臂梁的光纤光栅加速度传感器

为了测量低频小信号,提出了一种基于L型悬臂梁的光纤光栅(FBG)加速度传感器, 并进行了理论分析,推导出了其灵敏度及谐振频率表达公式。为了得出结构的最优参数,根 据理论公式进行了仿真分析得出仿真曲线。根据仿真曲线,选定传感器各个参数,制作出传 感器实物,分别对传感器灵敏度幅频响应,线性响应及横向抗干扰性进行了实验测试,实验 测试出传感器谐振频率280 Hz,在充装硅油阻尼后测量带宽为1Hz－ 240 Hz,测量带宽内响应 曲线平坦度在±1.5 dB以内,灵敏度可达到52 pm/g,线性相关性为99.97%,与理论谐振频 率290 Hz,灵敏度59 pm/g较吻合,表明了理 论分析的正确性,同时传感器具有较好的横向 抗干扰性,横向抗干扰性为4.2%,研究表明此传感器可以应用于低频 小信号场合的振动测试。     

基于边缘滤波解调的光纤光栅低频地震检波器

研究了悬臂梁结构的光栅振动加速度传感器并提出了一种圆柱体形光纤Bragg光栅地震检波器模型,用边缘滤波的解调方法对此检波器的性能进行了实验研究.研究表明:所提出的光纤Bragg光栅地震检波器的方案是可行的,而且具有很高的检测精度、灵敏度、失真度和长期的稳定性,通过改变圆柱体内的阻尼,可使检波器的带宽和性能得到进一步提高;通过对质量块的调节,固有频率为140 Hz,灵敏度可达到69 pm/g.解调检测波长灵敏度可达-1.27 pm/mV,系统的波长分辨力为1.1 pm.     

基于折反射星敏感器光学系统的光纤光栅温度传感器设计

为了实现太空环境下的卫星折反射星敏器光学系统中特殊结构部位的传感器的安装及温度监测,排除应变对传感器的影响,设计了一种适用于光纤光栅的环形特殊封装结构。并对传感器进行了温度标定、拉伸、温度重复性、振动及热真空实验。实验结果表明:这种封装形式的光纤光栅温度传感器线性度为0.998,温度灵敏度为8.5~8.7pm/℃,同一温度下,中心波长变化量在2pm以内,同时,该结构形变产生的应变对传感器中心波长没有影响;在振动及热真空环境下,传感器的性能不会受到影响。     

金属环封装低频光纤布拉格光栅振动传感系统研制

研制了一种金属环封装的单柱体芯轴式光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,搭建了基于非平衡迈克耳逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术的FBG振动传感器解调系统,实现了低频振动信号的高精度实时解调,并分析了各参数对传感器谐振频率和灵敏度等特性的影响。实验结果表明,研制的FBG振动传感器谐振频率为388Hz,在10～200Hz频率范围内,传感器的加速度灵敏度约为81pm/g,且加速度响应平坦,起伏小于1dB,与理论分析结果基本一致。研制的振动传感器可实现200Hz以下低频振动信号的实时检测,解调系统的波长检测精度为1.07×10-3 pm,最小可检测加速度为1.3×10-5 g。     

光纤Bragg光栅低频振动传感器的特性研究

设计了一种安装于双圆柱弹性环内并由多条弹性薄片条组装成的桶形骨架作为光纤Bragg光栅(FBG)振动传感器基底的传感结构,振动传感器的谐振频率为440Hz,加速度灵敏度约为76.4pm/g,采用相位载波调制式FBG振动传感器解调系统进行解调。实验结果表明,本文传感器经双圆柱弹性环对横向振动约束处理后,其幅频特性在20～300Hz频率范围内呈现出平坦的水平直线,对应于位相角φ=0处的相频特性曲线也呈现出平坦的水平直线,适合于工程技术中20～300Hz的振动信号实时检测。     

A novel fiber Bragg grating vibration sensor with double equal-strength cantilever beams

In practice, since the measurement environments are usually complex, the electromagnetic interference problem has been an important issue for sensor applications, and the fiber sensor can overcome it effectively. this paper proposes a new type of vibration sensor based on fiber Bragg grating (FBG). The vibration sensor with double equal strength cantilever beams structure can further improve the measurement stability. The physical model of FBG vibration sensor was established, and the structural parameters of the double equa-strength cantilever beams were designed and optimized by finite element analysis. Both simulation and experimental tests are included in this paper to illustrate the low-frequency vibration performance of the designed vibration sensor. Among, the sensitivity of the sensor was 0.024 0 pm/(m.s-2), the natural frequency was 185 Hz, and the linearity was obtained, which further verify the stability and reliability of the sensor vibration frequency measurement.     

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1 376 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。     

基于极大倾角光纤光栅的龙门架低频振动传感系统的性能研究

提出了一种光强解调型极大倾角光纤光栅(Excessively Tilted Fiber Grating,ExTFG)的龙门架低频振动传感器。首先分析Ex-TFG振动传感的基本原理和传感特性,实验分析Ex-TFG的偏振相关谐振峰的损耗强度与横向压力的关系;然后通过弹性膜片将PZT的振动信号转换为对传感器的横向压力;再通过光电探测模块把光信号转化为电信号;并且对输出信号进行FFT变换分析。实验结果表明,所设计的传感系统对正弦信号频率响应时间为0.045s,检测范围为1~10Hz,平均误差为0.085Hz,最大误差率为1.4%,幅度响应的线性度为96.46%,传感性能良好,其FFT变换主频分量占80%以上,对低频振动信号的传感与检测具有一定的指导意义。     

用于周界安防的光纤光栅振动传感系统研究

基于光纤光栅传感理论设计了一种应用于周界安防的低频振动传感器.采用商用解调仪OPD4000对传感器的灵敏度进行了测试,在10～100 Hz频率范围内,传感器灵敏度高于1 000 pm/g.基于非平衡迈克尔逊干涉仪相位载波调制(PGC)解调技术搭建了一套光栅传感器解调系统,实现对传感器低频振动信号的高精度实时解调,使得该系统可广泛应用于机场、监狱、油库、核场所等重要区域的周界安防中.