基于杠杆放大机构的光纤光栅中高频地震检波器

为解决在中高频地震信号勘探检测中,检波器存在的高固有频率与低灵敏度的矛盾,提出了一种基于杠杆放大机构的光纤光栅中高频地震检波器。在惯性质量块的一端链接杠杆放大机构,光纤光栅以两点式封装法竖直固定在杠杆的放大端与基底之上。杠杆放大机构可以在检波器的输出端产生机械放大,增加光纤光栅的轴向应变,增大对地层中微弱中高频信号的响应,从而提高检波器的灵敏度。同时检波器的机械结构使用一体化加工工艺,可提高机械结构的刚度与稳定性。实验测试表明,该检波器的固有频率为526 Hz,在20—260 Hz的频率范围内,灵敏度为119.108 4 pm/g,同时具有良好的横向抗干扰性能。这为中高频段载震检波器的研究提供了一定的技术思路和方向。     

基于双杠杆放大的中高频FBG加速度传感研究

提出了一种基于双杠杆放大的中高频光纤布拉格 光栅(fiber Bragg grating,FBG) 加速度检波器,理论分析并实验研究该检波 器加速度灵敏度与幅频特性,实验结果表明:检波器中心波长 变化与外界加速度变化具有较 好的线性关 系,检波器的固有频率为612 Hz,平坦区范围为20 Hz,线性度为0.995,加速度灵 敏度为106.7 pm/g,交叉灵 敏度小于4.9％,有良好的横向抗干扰能力。     

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.     

基于光纤Bragg光栅的地震检波器的理论与实验研究

提出了一种新型的基于光纤Bragg光栅(FBG)的地震检波器。FBG地震检波器传感头由平面弹簧片、质量块和FBG构成。给出了该检波器的力学模型,理论推导与分析了该检波器的幅频特性和加速度灵敏特性,并讨论了影响该检波器灵敏度的主要因素。实验结果表明,该检波器具有良好的线性度、稳定性和耐受性;检波器的频率响应范围为10～140 Hz,传感器灵敏度为25.9pm/g,共振频率为167 Hz,较符合理论值;最高可检测加速度值大于30g。     

双膜片结构光纤光栅地震检波器低频特性的研究

提出了一种双膜片式的光纤光栅(FBG)地震检波器,此结构有效限制了检波器横向响应。对该检波器的纵向加速度灵敏度和幅频特性进行了理论分析,并指出了影响这种检波器纵向加速度灵敏度的因素。实验结果表明,该种检波器在5～200Hz频率范围内频响平坦,纵向加速度灵敏度为24.3pm/g,谐振峰在900Hz附近,与理论计算较好的吻合。     

高灵敏度大带宽光纤光栅微地震检波器研究

提出了一种基于铰链连接的光纤布拉格光栅(FBG)微地震检波器,理论分析了检波器的灵敏度和谐振频率,讨论了光纤连接位置和质量块转动惯量对灵敏度和谐振频率的影响,提出了获得高灵敏度和大带宽的优化方法,并采用有限元方法进行了模拟验证。制作了检波器样品,并采用商用解调仪进行了测试,获得了高于40pm/g的灵敏度和1kHz的谐振频率,系统的等效噪声低于0.1mg/Hz,表明本文检波器可应用于微地震监测中的高频微弱地震信号探测。     

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。     

M-Z干涉型集成光学微加速度传感器结构设计

提出了一种新型的Si基M Z干涉型微光电机械系统(MOEMS)加速度地震检波器。在Si基上集成了Si十字梁、质量块、偏振器、M Z波导干涉仪及声光调制器。给出了该加速度检波器工作原理,对结构进行了分析设计,并用有限元(FEM)分析软件进行了仿真计算。该检波器的主要设计参数为:固有频率1353Hz,相位检测灵敏度1.2×10-4rad/(m·s2)。     

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。     

一种悬臂梁式光纤光栅振动传感器研究

针对悬臂梁式振动传感器进行了研究,主要阐述了传感器的工作原理与理论分析,并对传感器的幅频特性和灵敏度进行了实验研究。实验结果表明,振动传感器的固有频率为90Hz,传感器的灵敏度高达121pm/g(g=9.8m/s2为重力加速度),平坦区域为10～50Hz,振动传感器在低频范围内具有较好的频率响应。最后对传感器的悬臂梁进行了疲劳分析与优化改进,使悬臂梁的疲劳寿命提高了150%。     

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。     

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。     

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。     

高灵敏度双轴加速度计结构设计与仿真

该文设计了一种具有高灵敏度、低交叉耦合的双轴谐振式微加速度计,使用工型梁作为解耦梁,通过微杠杆机构实现力的放大,结构呈中心对称形式,采用差分检测工作方式。通过仿真分析对结构进行优化并完成加速度计整体结构设计,进而提高加速度计灵敏度,降低交叉耦合。对加速度计结构进行模态分析、灵敏度分析、交叉耦合分析和谐响应分析,结果表明,在±20g量程范围内,x向标度因数为423.6 Hz/g,y向标度因数为421.8 Hz/g,x向交叉灵敏度为0.000 047%,y向交叉灵敏度为0.000 78%。仿真结果验证了所设计结构的可行性。     

一种新型谐振式微加速度计设计和分析

为提高谐振式加速度计的灵敏度,设计了基于两级微杠杆机构和DETF谐振器的新型谐振式微加速度计结构;用解析法分析了加速度计灵敏度和结构各参数之间的关系,并以此对结构参数进行了优化设计。理论计算表明,所设计的加速度计灵敏度约为56Hz/g;由有限元仿真分析也得出了相似的结论。     

基于双金属膜片结构的海底地震勘探光纤加速度传感器研究

针对全光海底地震检波器技术的特殊应用需求,设计了一种基于双金属矩形膜片的缠绕式光纤加速度传感器。利用弹性力学理论对光纤加速度传感器的加速度灵敏度和一阶共振频率的特性进行了分析,制作了光纤加速度传感器样品并对其性能进行了测试。结果表明,本文加速度传感器的灵敏度为45dB re∶0dB=1rad/g,一阶共振频率在820Hz左右,与理论分析值很好吻合。在10～400Hz工作带宽中,交叉去敏度约为30dB。测试系统中,使用的相位生成载波(PGC)解调算法的最小相位检测精度为10-5 rad/Hz1/2,因此理论能探测的最小加速度信号为56ng/Hz1/2。由于采用全金属结构,本文类型光纤加速度传感器能够更好地满足海底永久布放检波器的特殊要求。     

一种新型谐振式微加速度计设计和分析

为提高谐振式加速度计的灵敏度，设计了基于两级微杠杆机构和DETF谐振器的新型谐振式微加速度计结构；用解析法分析了加速度计灵敏度和结构各参数之间的关系，并以此对结构参数进行了优化设计。理论计算表明，所设计的加速度计灵敏度约为56Hz/g；由有限元仿真分析也得出了相似的结论。     

一种新型谐振式微加速度计设计和分析

为提高谐振式加速度计的灵敏度,设计了基于两级微杠杆机构和DETF谐振器的新型谐振式微加速度计结构;用解析法分析了加速度计灵敏度和结构各参数之间的关系,并以此对结构参数进行了优化设计.理论计算表明,所设计的加速度计灵敏度约为56 Hz/g;由有限元仿真分析也得出了相似的结论.     

基于杠杆的微机械陀螺结构设计与仿真

提出了一种基于机械杠杆放大机构的微机械陀螺设计方案,用于提高微机械陀螺的灵敏度和精度。该杠杆放大机构使用在陀螺的驱动模态中,通过杠杆将驱动梳齿位移放大后传递到质量块上,在陀螺驱动模态谐振频率一定的情况下增大了质量块在驱动方向的运动速度,提高了陀螺敏感模态的科氏力及陀螺表头的机械灵敏度,从而提高陀螺系统的灵敏度和精度。在Coventor-ware中对陀螺结构进行了系统级仿真,仿真结果表明在杠杆动力臂和阻力臂长度之比为1∶5.2时,陀螺机械灵敏度放大了5.9倍。因此,通过在微机械陀螺驱动模态中使用杠杆结构可以提高其灵敏度和精度。     

基于时分外差法检测的非对称薄壁壳型光纤一维地震波检波器

研制了基于时分外差法检测的非对称薄壁壳型光纤一维地震波检波器, 该检波器易于扩展为三轴分立式地震波检波器, 具有检测动态范围大, 易于构成大规模时分复用传感网络的优点。建立了非对称地震波检波器的理论模型, 分析了各结构参数对其灵敏度的影响; 搭建了基于光学同步参考信号的时分外差法测试系统, 进行了外差系统的稳定性测试, 测量了地震波检波器的频响曲线, 结果表明外差系统测量信号波动小于0.1dB; 工作频段20~800Hz内加速度平均灵敏度为28.5dB re rad/g, 与理论仿真结果基本吻合。