双光栅π相位差温度不敏感加速度传感技术研究

提出了一种基于π相位温度不敏感的双光纤布拉格光栅加速度传感技术,并设计了双光栅加速度传感器,对该传感器的温度特性和加速度对中心波长的响应进行了研究。给出了该传感器的结构及封装方法。从理论上分析了基于π相位温度不敏感的双光纤布拉格光栅加速度传感原理,分析了温度和加速度对波长的响应关系,推导了该光栅加速度传感器的响应灵敏度的解析表达式。通过实验分析双光栅的加速度响应和平坦区。实验结果表明,在温度比较宽的范围内,可实现温度不敏感加速度的准确测量,加速度响应灵敏度为15.52 pm/(m.s-2),实验值与理论值的相对误差为3.06%,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,在小于共振频率的低频段具有较好的平坦区。表明该双光纤布拉格光栅加速度传感器具有温度不敏感特性,能实现低频加速度的准确测量。     

一种可用于油藏监测的3分量光纤加速度传感器

研制了一种可用于油藏监测的3分量光纤加速度传感器。该传感器通过3个单方向传感单元分别获得3个正交方向上的被测加速度分量,每个传感单元是一质量-弹簧系统,通过波纹管与顺变材料构成复合弹性体,并采用光纤干涉结构将被测加速度通过解调光纤中的相位变化反映出来。实验数据表明,该加速度传感器具有良好的线性度、一致性和稳定性。系统的工作频带范围为10Hz至800Hz,其轴向灵敏度为38dB re rad／g,交叉法去敏度达到32dB re rad／g,最小可检测加速度为39．3μg／Hz^1／2。     

基于单膜片FBG的加速度传感器优化设计

提出了一种基于单膜片全粘封装的光纤布拉格光 栅(FBG)加速度传感模型。首先,理论分 析了其传感原理,并优化了最佳加速度灵敏度,深入分析和讨论了该模型的加速度灵敏度的 频率响应。然后,基于该模型设计了 FBG加速度传感器,实验研究了加速度的幅频响应特性、谐振频率和加速度的线性响应。结 果表明:在小于共振频率的低频段 具有较好的平坦区,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,加速度响应灵敏度为36.6pm/G,实验值与理论值得的 相对误差为3.68%;实验研究了传感器的横向抗干扰能力,交叉灵敏 度小于1.3%,表明基于该模型的FBG加速度传 感器具有较好的响应特性。     

基于弹性管的光纤布拉格光栅加速度传感研究

为实现光纤光栅加速度测量,提出了一种基于弹性管的两点式封装光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。首先理论分析了其传感原理,并建立了其响应灵敏度的解析表达式,通过引入加速度理想灵敏度的概念,讨论了此类型加速度灵敏度的频率响应;其次,基于该模型设计了FBG加速度计,实验研究了加速度的幅频响应特性、谐振频率和加速度的线性响应。结果表明:在小于共振频率的低频段具有较好的平坦区,加速度与波长具有较好的线性关系,线性度为99.8%,加速度响应灵敏度为63.0pm/G。实验值与理论值的相对误差为0.98%,实验与理论吻合的较好。     

新型簧片式光纤加速度传感器研究

研制了一种新型光纤加速度传感器。基于迈克尔逊干涉仪原理,采用了质量块和可 弯曲簧片结构,通过使用竖直 绕制传感光纤和横向绕制参考光纤的方式提高了加速度传感器的加速度灵敏度。实验测试了 其加速度灵敏度以及横向串扰。在簧片厚为1mm、质量块质量为208 g时,其加速度灵敏度 可达556rad/g(g为重力加速度);在噪声本底为10－4 rad/Hz 、加速度传感器工作频率为100Hz时,其可探测的最小加速度信号为 200ng/Hz(g为重力加速度)。采用该全金属结 构,传感器可更好地用于微弱信号检测。     

聚合物封装光纤布拉格光栅传感器温度压力特性研究

分析了聚合物封装光纤布拉格光栅(FBG)传感器温度与压力响应特性。通过实验对某种特殊聚合物封装光纤光栅的温度与压力响应进行研究，发现当温度变化范围较大时．由于温度对材料弹性模量的影响．光纤光栅的压力响应灵敏度不再为常数，而是随温度变化的。当温度在30℃时．其压力响应灵敏度为0．036nm／MPa．在180℃时则变为0．175nm／MPa，且灵敏度系数随温度的变化呈分段线性变化。因此在使用聚合物封装实现光纤光栅传感器增敏以及大范围温度和压力的同时测量时，需要将弹性模量作为温度的函数．代入光纤光栅温度与压力响应灵敏度系数矩阵公式中以消除大范围温度变化对聚合物力学特性的影响。     

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%。     

三分量全保偏光纤加速度传感器的研究

报道了三分量全保偏光纤加速度传感器的实验研究结果。传感器由6个弹性柱体共同支撑1个质量块构成三分量结构,由3个迈克尔逊全保偏光纤干涉仪共用一个光源组成。光学部分采用全保偏光纤干涉仪结构,消除了干涉光束偏振态随机变化引起的信号衰落,采用光频调制相位载波解调信号处理技术,消除了相位随机漂移引起的信号衰落,从而实现了对加速度信号的稳定检测。传感器的工作频带为5~500 Hz,加速度灵敏度达到660 rad/g,系统最小可测相位差为10-5rad,最小可测加速度达1.5×10-7m/s2,工作频带内加速度灵敏度变化小于2 dB。三轴加速度灵敏度和频率响应曲线与理论分析的结果基本一致。     

一种耐高压光纤布拉格光栅压力传感器

提出了一种基于圆柱形应变筒的耐高压光纤布拉格光栅压力传感器，推导了该传感器波长与压力之间的关系，得到了其压力响应灵敏度的解析表达式。从实验上获得了0．0676nm／MPa的压力响应灵敏度，约是裸光纤布拉格光栅压力响应灵敏度的23倍，本传感器的压力响应具有很好的线性，压力测量范围可达30MPa以上。可应用于高压情况下物理量的传感测量。     

双简支梁结构光纤光栅加速度传感探头的设计

采用双简支梁结构设计了一种光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统由双简支梁、双光纤光栅、质量块等组成。采用差动补偿法解决了光纤光栅传感器温度与应变交叉敏感问题。该探头结构简单,线性度好,一阶谐振频率达到525Hz,不受电磁干扰,不受光路功率波动和相位噪声影响,且测量灵敏度是单光纤光栅传感器的2倍。     

一种对温度不敏感的光纤布拉格光栅加速度计

提出了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)反射带宽和反射光功率测量的加速度计,其是将单根FBG斜向粘贴在矩形简支梁侧面构成的,通过在简支梁中间粘贴重物感应竖直方向的加速度,通过梁的弯曲改变FBG反射带宽和反射光功率。实验结果表明:FBG的反射带宽具有很好的线性响应,其测量范围可达到8g,因带宽展宽造成FBG的反射率降低,因此反射光功率的线性响应范围只有4g;带宽和功率灵敏度分别为0.4nm/g和4.57μW/g;由于温度仅改变FBG的布拉格波长,而对其反射带宽和光功率几乎没有影响,所以加速度计对温度变化不敏感。     

基于光纤布拉格光栅加速度传感器的研究进展

随着光纤布拉格光栅(FBG)传感技术的飞速发展,基于FBG技术的加速度传感器成为了一个新的研究和发展的方向。理论分析了FBG加速度传感器的基本原理,重点介绍了基于FBG理论开发的加速度传感器探头结构的研究进展,分析了探头结构的传感机理及性能指标,指出了实际应用存在的关键技术问题,并对未来的发展进行了展望,为设计新型探头结构及探头的实用化提供了借鉴。     

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。     

光纤光栅温度传感器增敏封装特性研究

通过利用聚酰亚胺涂覆裸光纤光栅的方法研制了一种增敏型光纤光栅温度传感器,其反射波长的温度敏感系数由曾敏前的10pm/℃提升至40pm/℃。在-40~200℃测试环境中,开展了传感器标定和温度精度测量试验。试验结果表明:利用光纤光栅增敏封装,在高低温环境中采用低精度光纤光栅解调仪,传感器的测温精度由±0.4℃提升至±0.1℃。上述结果显示,采用增敏封装结构能够提升光纤光栅温度传感器的测量精度,减低制作成本。     

温度补偿型光纤光栅加速度传感探头结构设计

采用可调光纤F-P滤波器技术设计了一种光纤光栅加速度传感系统。提出了一种温度补偿型光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统主要有惯性质量块、双弹簧片、钢管等组成。探头采用不受力光纤光栅法进行了温度补偿。该探头具有结构简单,不受电磁干扰,不受光路功率波动和相位噪声影响等优点,且能自动进行温度补偿。     

一种用于泥石流地声监测的FBG加速度传感器

针对泥石流地声的特性,设计了一种悬臂梁 结构的光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。理论分析了FBG传感器灵敏度、谐振频率的 影响因素,对传感器 的关键参数进行了优化设计;引入抗弯光纤、高分子超薄涂覆以及CCD解调等新技术,改 善传感器的灵 敏度、串接复用等性能;最后进行了对比测试。实验结果表明:所设计的传感器灵敏度高达 400pm/g,固有频率为310Hz,能很好地满足 泥石流地声监测的要求。     

高灵敏度加速度抵消型分布反馈有源光纤光栅水听器研究

研究了高灵敏度抗加速度型分布反馈(DFB)有源光纤光栅水听器。采用λ/4相移型掺铒光纤光栅构成DFB激光器,输出窄线宽激光,利用弹性膜片增敏方法封装有源光纤布拉格光栅,构成了高灵敏度有源光纤光栅水听器,并以两边对称的弹性膜片构成封装结构来抵消轴向加速度干扰,提高水听器在运动情况下的检测能力,并通过对结构的优化大大提高了光纤光栅水听器的耐静水压能力。研究结果表明水听器在100～1000Hz频率范围内声-相位灵敏度达到-132.7±0.7dB(0dB=1rad/μPa),加速度灵敏度可做到-20dB(0dB=1rad/g)以下,耐静水压可达2MPa。