基于轴承式杠杆机构的光纤光栅高频地震检波器设计

针对目前高频段信号波的研究相对薄弱的问题,设计了一种基于轴承式杠杆机构的光纤光栅高频地震检波器。该检波器以杠杆机构和其中的轴承支点为创新点,使用仿真软件对检波器模型进行了静态结构分析、模态分析和谐波响应分析。仿真结果表明：该地震检波器的仿真灵敏度为64.588 pm/g,仿真固有频率为1 638.5 Hz;调整杠杆放大机构动力臂与阻力臂长度比例和摆线铰链的切割半径,得到检波器的仿真固有频率为1 204.4 Hz,仿真灵敏度为75.56 pm/g。     

非本征光纤F-P干涉声传感器的研究

为研究不同材料对法布里-珀罗(F-P)干涉声传感器性能的影响。采用几种不同金属材料,设计制作了基于光纤端面—膜片非本征型F-P干涉声传感器,利用有限元方法对圆形振动膜片进行模态分析,得到了一阶固有频率。实验结果表明:由金、锌合金材料制作的传感器可探测较低声压,且传感器灵敏度较高、对外界声波信号响应成良好的线性关系。     

基于光纤锥和多模渐变光纤的马赫-曾德尔干涉仪的传感特性研究

提出了一种基于光纤锥和纤芯失配光纤结构的马赫-曾德尔干涉(MZI)传感器。在距离单模光纤(SMF)锥25mm处熔接一段长30mm的多模渐变光纤(GI MMF),形成SMF-光纤锥-SMFGI MMF-SMF结构。其中,光纤锥起到增加包层模能量的作用,GI MMF为传感臂。传感器外界环境温度、折射率及应力的改变都会使传感器的纤芯基模和包层模的光程差发生改变,从而引起传感器干涉谱发生变化,通过监测干涉谱的变化可以实现对外界物理量的测量。实验研究结果表明,当环境溶液温度在30~89℃范围内变化时,传感器的温度灵敏度为78.6pm/℃,线性度为0.997;环境溶液折射率在1.333~1.394变化范围内,传感器的折射率灵敏度为81.48dB/RIU,线性度为0.989;轴向应变在0~933.3με变化范围内,传感器的应变灵敏度为0.33×10-2 dB/με,线性度为0.998。本文传感器可以实现多个物理量的同时区分测量。     

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。     

纤芯失配的光纤Mach-Zehnder折射率传感器

基于Mach-Zehnder干涉仪原理,利用光纤错位熔接技术设计并制作了一种单模光纤-多模光纤-单模光纤-错位熔接点-单模光纤结构的液体折射率传感器。传感器中的多模光纤和错位连接部分充当光耦合器;多模光纤在后面的单模光纤的纤芯和包层中激发出纤芯模和包层模,不同的模式有不同的模式折射率,经中间单模光纤传输到错位熔接点处时,不同模式光之间将产生光程差,经错位熔接点耦合成为导出光纤的纤芯模从而产生干涉。对该传感器输出的干涉光谱中干涉谷功率随外界溶液折射率变化的规律进行了理论分析和实验研究。结果表明：溶液折射率变化为1.358 9~1.392 2时,干涉谱中1 530 nm附近的干涉谷光功率与溶液折射率呈单调递增关系,可用于折射率的测量;折射率变化为1.372 0~1.392 2时,传感器响应曲线具有很好的线性度,线性拟合系数为0.998,对应的灵敏度为252.06 dB/RIU。该传感器制作简单、结构紧凑、成本低、灵敏度高,可用于生物医学领域液体折射率的实时测量。