基于光纤-镜面干涉腔的光纤加速度计
基于新型光纤光栅的加速度精确测量
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= .光纤光棚 的基本 特性
1 9 9 3 年h i l l 等 人 提 出 了位 相 掩模 技 术 ,它主 要 是 利用 紫 外 光 透 过 相位 掩 模 板后 的士 1 级 衍 射光 形 成 的干 涉 光 对光 纤 曝 光 ,使 纤 芯 折 射率 产生 周 期性 变化 写入 光 栅 ,此技 术使 光 纤光 栅 的制 作更 加 简 单 、灵 活 ,便于 批量 生产 。从 此拉 开 了光 纤光 栅研 究 的序幕 。 根 据光 纤 光 栅 周期 的长 短 ,可 以将 其 分 为 光 纤B r a g g 光 栅 和长 周 期光 纤 光栅 两 种 , 而本 文 着重 研 究 了光 纤 B r a g g 光栅 。普 通 的光 纤B r a g g 光 栅 并不 能感 知 弯 曲 ,但 是 “ D”型光 纤 B r a g g 光栅 却 对 弯 曲 有着 很 高 的 灵 敏度 。 由于D形 光 纤B r a g g 光 栅 的 非 圆对 称 性 ,在 其发 生 弯 曲时 ,纤 芯则 会产 生应 力 ,从 而使 光栅 的中心 波长 发 生 改 变 。通过 检测 光栅 波长 的变化 就可 以获 取 到弯 曲的变 化 量 。
三,光纤B r a g g 光橱的传感特性 六、D 型光栅光纤加速度传感器 的精度分析
光 纤光 栅加 速度 传 感器 虽然 能够 在 一 定程度 上 提 高测 量 结果 的 精 度 ,但 是 还有 很 多误 差源 会产 生影 响 。通 过 实验 分析 得 到误 差 的 来 源 并加 以修 正 。 温度 变化 的 影响 ,通 过 设置 恒温 系 统或 者 增加 补偿 元 件 的方 法 加 以补偿 。2 . 由于 检测 系 统 过于 简 单 ,导 致输 出信 号 的不稳 定 ,多 次重 复测 量 , 以减 小测 量 的随机 误 差 ,提高 输 出信 号 的稳定 性 。
采用GRIN透镜的数字式光纤加速度计系统设计
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其 工 作 原理 为 :当有 加 速 度 a存 在 时 ,敏
感质 量 m 上 将 产 生 惯 性 力 ma ,从 而 使 与质 量
基金 项 目: 国防科 工 委预研 基 金 项 目 收稿 日期 :2 0 - 4 2 02 0 — 7 作者 简介 :姚 敏 ( 9 8 ) 1 7 一 ,女 ,南 京航 空航 天 大学 自动化 学 院硕 士研 究 生 ,研 究 方 向为精 密 仪器 及机 机械 。
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第 l 0卷第 4期
中国惯性 技 术学 报
20 0 2年 8月
文章 编号 : 1 0 — 7 42 0 )4 0 5 — 5 5 6 3 (0 20 — 0 3 0 0
采用 G RI 镜 的数 字 式 光纤 加 速 度 计 系统 设 计 N透
图 1 采用 G I RN透镜的光纤加速度计结构示意图
维普资讯
5 4
中国惯 性技 术 学报
20 0 2年 8月
块 相 连 的 GRI 透 镜 产 生 微 位 移 x N 。微 位 移 x是 指 GR N 的光 轴 偏 离 了发 射 、接 收 光 纤 之 对 称 中心 。 I
I a i l s d i ne ta a u e a d c tc bew de y u e n i ri lme n s r n onto N S. r lI K e o ds y w r :GRI l ns ac e e om e e ; tc be c e e o e e ;m ir dipl c me N e ; c l r t r op ial i f ra c l r m t r c o- s a e nt
1 引 言
近 年 来 , 于 测 量 各 种 物 理 量 的 强 度 调 制 用 型光 纤 加 速 度 计 的 研 究 非 常 活 跃 。利 用 GR N I
基于光纤传感技术的加速度传感器研制
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基于光纤传感技术的加速度传感器研制近年来,随着各种新兴科技的崛起,光纤传感技术也逐渐成为了研究的热点之一。
基于光纤传感技术的传感器具有高度的精度、稳定性和可靠性,已经被广泛应用于航空、航天、石油化工等领域。
本文将介绍一种基于光纤传感技术的加速度传感器研制方法。
一、背景加速度传感器是一种广泛应用于现代工业生产和科技领域的传感器。
一般来说,传统的加速度传感器采用机械振动的方式来检测加速度变化。
然而,这种传感器体积大、精度低、易受到干扰等问题使得其在一些特殊领域应用受到限制。
为此,研究人员通过光纤传感技术的引入,研发出了一种新型的加速度传感器。
该传感器基于光纤干涉原理,通过测量光纤的光程差变化来检测加速度变化。
由于光纤传感器具有全封闭的结构和可靠的性能,因而具有高度的精度、稳定性和抗干扰能力。
二、元器件制作基于光纤传感技术的加速度传感器,需要以下一些元器件:1. 光纤:作为传感器的测量部分,传感器对加速度的检测基于光纤的光程差变化,因此需要选用高质量的光纤。
2. 光源:产生光线的源头,可以使用半导体激光器或氙灯等光源。
3. 光束分束器:将来自光源的光线分为两条光路,供后续处理的传感器使用。
4. 光纤光栅:用于测量光纤的折射率变化,确定加速度大小。
5. 接口:连接传感器和外部电子系统的接口。
三、原理光纤传感器测量加速度的原理基于光纤的光程差变化。
在正常状态下,光纤的入口和出口的光程相等,光线进入光栅之后被反射回来,根据波长的变化,可以测得被测体的位移变化。
当光纤受到加速度的作用时,光纤会发生微小的变形导致光程差的变化。
通过测量光程差的变化可以计算出被测量的加速度。
四、设计与制造通过上述原理,可以设计并制造出基于光纤传感技术的加速度传感器。
具体步骤如下:1. 制备光纤:选用高质量的光纤,并将其固定在光栅上。
2. 制备光源:选择合适的光源,并将其与光纤相连接。
3. 制备光束分束器:使用分束器将光线分为两条光路。
基于光纤干涉仪的加速度传感器
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光纤干涉仪即相位调制型光纤加速度传感器常用弹性盘片或顺变柱体作为换能元件 , 将加速度所致应 变施加到传感光纤上 , 从而引起光纤 中光波相位的变化 , 即将外界参量的变化信息转化为光纤中光传播相位 的信息 , 因而灵敏度更高。常用的调制手段是 M c.ene和 Mceo 干涉 , ah ene 干涉为双臂透射 ahZhdr i ln hs M c. hdr Z 式干涉 , 一臂为参考 , 一臂为传感 , 在器件的设计尤其是参考臂的隔离上较为复杂 ; i e o 干涉为双臂反射 Mc ln hs
盘片式结构传感器 。
收稿 日期 :080 —5 2o .81
基金项 目: 国家高技术研究发展计划 (6 83计划) 目(06 A 6 27;06 A 6 23 。 项 20A 0Z 0 20 A 0 Z 1 ) 作者简 介: 祁海峰 (90一) 男 , 士 , 18 , 博 主要从 事光纤 传感 、 光与材料 相互作 用方 面研究 。Em i qh@su eu c 激 - a :i d .d .n l f
Q a f g LU T n-u H N n H O Da—eg MA Lagzu I le ,I ogy ,C A GJ , U i hn , i - H —n u n n h
( .ntu ae Sadn cdm Si cs ia 504C i 1 I ito sr,hn ogAaeyo c ne,J n20 1 h a; stefL f e n n
加速度传感器是一种能够直接响应加速度矢量信息的器件 , 具有方 向性响应 的输 出, 在震动波检测中便 于对信号进行精确定位和处理 , 广泛应用于陆地上的地震勘探 , 矿山、 油井等的地质灾害检测和预警 , 工厂等 的机械振动检测n4 - 等等。光纤干涉仪加速度传感器灵敏度 高, 动态范围大 , 电磁干扰 , 抗 能在恶劣环境下 工作 , 易于远距离组 网探测 , 因而具有极为广阔的应用前景 , 特别适用于要求高性能加速度传感的领域 , 国内
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A h s n r t d Ca re ( P a e Ge e a e r i r PGC) t c n l g t a o t d t d l t h n e f r n e sg a s t b e h o o y Wi d p e o mo u a e t e i t r e e c i n l o o — s
*C0 rs ¨ g 0 ga t o E ma l ln i o @ y h o c m. n u h r, - i :i qa a a o . o c
Ab ta t sr c :A n o ia i e c e e om e e a e i e a e n a fbe — ir r i t r e e c a iy The ptc lfb ra c lr t rw s d sgn d b s d o i rm r o n e f r n e c v t .
LI a ,CH EN u h a N Qio Li— u ,LIS u h ,W U n — u Xi g k n
( t e L brt yo d r pi l nt m nai s Z ein nvri Ha g hu30 2 ,hn ) Sa tK a oao fMo enO ta s u ett n , hj gU ie t r c I r o a s y, n z o 10 7C i a
的精 确 测 定 。应 用 工 程 软件 C s s ok S l w rs omo w rs( oi ok )对 该加 速 度 计 弹 性 结 构 的灵 敏 度 进 行 了 理 论 分 析 , 与 样 机 测 d 并 试 比较 。结 果 表 明 , 光 纤 加 速 度 计 的 灵 敏 度 为 6 . a / 共 振 频 率 为 10Hz分 辨 率 为 4 该 3 2rd g, 6 , g而 动 态 范 围 接 近 1 结 O, 果 与 理 论 分 析 符 合 得 较 好 。该 加 速 度 计 不 仅 结 构 简 单 , 集 成 了多 维 加 速度 计 的 优 势 。 还
关 键 词 : 纤加 速度 计 ; 位 生成 载 波技 术 ; 敏 度 ; 辨 率 光 相 灵 分
中 图 分 类 号 : N2 3 T 5
文献标识码 : A
d i1 . 7 8 O E 2 l1 0 . 19 o:0 3 8 / P .0 19 6 17
Fi e ptc a c l r m e e a e n fb r m i r r i e f r nc a iy b r o i c e e o t r b s d o i e — r o nt r e e e c v t
基 于光 纤一 面 干 涉腔 的光 纤 加 速 度 计 镜
林 巧 陈柳华, 书, , 李 吴兴坤
( 浙江大学 现代光学仪器 国家重点实验 室, 浙江 杭州 30 2 ) 10 7
摘 要 : 计 、 制 了 一 种 基 于 光 纤一 面 干 涉 腔 的 光 纤 加 速 度 计 。介 绍 了该 加 速 度 计 的 传 感 原 理 及 弹性 结 构 设 计 , 对 其 设 研 镜 并
u e o f m i e — r orc viy t e r t pl l i t r e e e sgn l s af c i c e e a i n. s d t or a fb r mir a t o g ne a e o l n e f r nc i a sa un ton ofa c l r to
第1卷 9
第 6 期
工 光 学 精 密 程
O ptc n e ii is a d Pr cson Eng n e i i e rng
Vo . 9 No 6 11 .
21 0 1年 6月
J n 2 1 u.O1
文章编号
1 0 — 2 X( 0 1 0 — 1 90 0 49 4 2 1 ) 617 —6
s n i g prn i l nd e a tc s r t e f t e a c l r m e e r ntodu e a d is p r o ma e wa e s n i c p e a l s i t uc ur o h c e e o t r we e i r c d n t e f r nc s
性 能 进 行 了 实 验 测 试 。 该 加 速 度 计 用 固 定 于 圆 网 状 弹 性 结 构 上 的硅 微 反 射 镜 与 处 理 过 的 光 纤 端 面 构 成 光 纤 一 面 干 涉 镜
பைடு நூலகம்
腔 来 产 生 相 位 差 随外 界 加速 度 改 变 的 光 干 涉 信 号 ; 用 相 位 生 成 载 波 技 术 通 过 对 干 涉 信 号 的 调 制 和 解 调 实 现 对 相 位 差 采
m e s r d A i c n mir — r o o n e n a m e h s rn l s i tu t r n i e a e r a u e . sl o c o mir r m u t d o s p i g e a tc s r c u e a d a f r f c t we e i b