光纤光栅加速度传感器
光纤光栅传感器技术指标
光纤光栅传感器技术指标光纤光栅传感器是一种基于光纤光栅原理的传感器，通过测量光纤光栅的光谱特性变化来实现对环境参数的监测和测量。
光纤光栅传感器具有高灵敏度、高分辨率、抗电磁干扰等优点，在工业、航空航天、能源等领域有着广泛的应用。
1. 分辨率光纤光栅传感器的分辨率是指传感器能够分辨出的最小参数变化。
通常用波长分辨率来表示，单位为纳米。
分辨率越高，传感器能够检测到更小的参数变化，具有更高的精度。
2. 灵敏度光纤光栅传感器的灵敏度是指传感器输出信号对参数变化的响应程度。
灵敏度越高，传感器能够对参数变化产生更大的信号响应，具有更好的测量能力。
3. 动态范围光纤光栅传感器的动态范围是指传感器能够测量的参数范围。
传感器的动态范围应该能够覆盖实际应用中可能出现的参数变化范围，以保证测量结果的准确性。
4. 响应时间光纤光栅传感器的响应时间是指传感器对参数变化的响应速度。
响应时间短的传感器能够及时捕捉到参数变化，并及时输出相应的信号。
5. 温度稳定性光纤光栅传感器的温度稳定性是指传感器在不同温度条件下测量结果的稳定性。
传感器的温度稳定性应该能够适应实际应用环境中的温度变化，以保证测量结果的准确性和可靠性。
6. 抗电磁干扰能力光纤光栅传感器应具备良好的抗电磁干扰能力，以保证传感器在电磁干扰环境下的正常工作。
传感器应能够有效屏蔽外界电磁干扰，并输出准确可靠的测量结果。
7. 可靠性光纤光栅传感器的可靠性是指传感器在长时间工作状态下的稳定性和可靠性。
传感器应具备良好的抗老化能力，能够长期稳定地工作，以保证测量结果的准确性和稳定性。
8. 环境适应性光纤光栅传感器应具备良好的环境适应性，能够适应不同环境条件下的工作要求。
传感器应具备良好的防水、防尘、耐腐蚀等性能，以保证传感器在恶劣环境中的正常工作。
9. 尺寸和重量光纤光栅传感器应具备小尺寸和轻量化的特点，以便于安装和集成到各种应用设备中。
10. 成本效益光纤光栅传感器的成本效益是指传感器在实际应用中所带来的经济效益和性价比。
桥梁施工中的新型监测设备
桥梁施工中的新型监测设备在现代桥梁建设中，确保施工质量和结构安全至关重要。
随着科技的不断进步，一系列新型监测设备应运而生，为桥梁施工提供了更精确、更及时、更全面的监测手段。
一、新型监测设备的类型及特点1、光纤光栅传感器光纤光栅传感器是一种基于光纤技术的新型传感器。
它具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点。
在桥梁施工中，可用于监测混凝土的应变、温度和裂缝的发展等。
通过将光纤光栅传感器埋入混凝土结构内部，可以实时获取结构内部的应力分布情况，为施工过程中的调整和优化提供数据支持。
2、智能全站仪智能全站仪是一种高精度的测量设备。
它不仅能够快速准确地测量桥梁的几何形状和空间位置，还具备自动跟踪、自动瞄准等功能。
在桥梁施工中，智能全站仪可用于桥梁墩柱的垂直度监测、梁体的拼装精度控制等。
其高精度的测量结果有助于保证桥梁结构的几何尺寸符合设计要求，提高施工质量。
3、无人机监测系统无人机监测系统近年来在桥梁施工监测中得到了广泛应用。
无人机可以携带高清摄像头、激光雷达等设备，对桥梁施工现场进行快速巡查和数据采集。
通过对采集到的图像和数据进行处理和分析，可以及时发现施工中的问题，如施工进度滞后、安全隐患等。
此外，无人机还可以用于桥梁结构外观的检查，检测表面裂缝、锈蚀等病害。
4、加速度传感器加速度传感器用于监测桥梁在施工过程中的振动情况。
通过安装在桥梁的关键部位，如桥墩、梁体等，可以实时获取结构的振动频率、振幅等参数。
这有助于评估施工过程中结构的稳定性，及时发现可能存在的共振现象，采取相应的措施加以避免。
5、地质雷达地质雷达是一种用于探测地下结构和地质情况的设备。
在桥梁施工中，它可以用于检测桥基的地质条件，如地层分布、溶洞、软弱夹层等。
提前了解地质情况，有助于优化桥基的设计和施工方案，确保桥梁的基础稳固可靠。
二、新型监测设备在桥梁施工中的应用1、施工过程中的变形监测在桥梁施工过程中，结构会产生不同程度的变形。
例如，桥墩在浇筑过程中可能会发生沉降和倾斜，梁体在架设过程中可能会出现挠度变化。
振动的测量原理
振动的测量原理振动的测量原理是通过不同的传感器或仪器来检测、监测和量化物体的振动状态及其特性。
振动测量在许多领域中都非常重要，包括工程、机械、建筑、地震学等。
以下将详细介绍几种常用的振动测量原理。
1. 加速度传感器原理：加速度传感器是最常用的测量振动的传感器之一。
它的原理基于牛顿第二定律，即物体受到的力与它的质量和加速度成正比。
加速度传感器通过测量物体上的加速度来判断振动的强度和频率。
当物体振动时，加速度传感器会产生与加速度大小成正比的电压信号。
该信号经过放大和滤波后，可以通过数据采集系统记录和分析，获得振动的各种参数。
2. 速度传感器原理：速度传感器是用于测量振动速度的传感器。
它的原理基于牛顿第二定律和黑尔定律，它们表明物体的加速度与速度成正比。
速度传感器通过测量物体上的速度来判断振动的强度和频率。
通常，速度传感器会将振动转换为机械位移量，并将其转化为电压信号。
这个电压信号经过放大和滤波后，可以用于分析和记录振动的特性。
3. 位移传感器原理：位移传感器是用于测量物体振动位移的传感器。
它的原理根据物体振动时的位置变化来判断振动的幅度和频率。
常用的位移传感器有电感式传感器和光学传感器。
电感式位移传感器工作原理是利用物体振动时磁场的变化来测量位移量。
光学位移传感器的工作原理是通过测量物体上的光学位移量来判断振动的幅度和频率。
4. 压电传感器原理：压电传感器是一种测量振动的传感器，它利用压电效应将机械振动转化为电信号。
当物体受到振动时，压电材料产生电荷分离现象，产生电信号。
压电传感器具有高度灵敏度和宽频响特性，适用于高频振动的测量。
5. 光纤传感器原理：光纤传感器是一种基于光学原理的振动测量方法。
它利用光纤的特性来测量物体的振动。
常见的光纤传感器有光纤光栅传感器和光纤干涉仪。
光纤光栅传感器通过测量光纤上光栅的变化来判断振动的频率和强度。
光纤干涉仪则是通过测量干涉光束的相位差来判断振动。
以上是几种常见的振动测量原理，每种原理都有其适用的特定场景。
光纤光栅传感器的工作原理
光纤光栅传感器的工作原理
光纤光栅传感器是一种利用光纤中的光栅结构来感知物理量的传感器。
其工作原理可以分为两个主要过程：光栅反射和光纤衍射。
在光栅反射过程中，光栅根据物理量的变化而发生形变。
当物理量作用于光栅时，光栅的周期将发生变化，导致入射光的反射光谱发生偏移。
光纤光栅传感器采用光栅的反射光谱特性来检测物理量的变化。
在光纤衍射过程中，入射光通过光栅后会发生衍射现象。
光栅栅条的周期性结构将入射光分散成一系列特定角度的衍射光。
当物理量作用于光栅时，光栅的周期性结构发生变化，从而导致衍射光的角度发生偏移。
通过检测衍射光的角度变化，可以获得物理量的信息。
综上所述，光纤光栅传感器利用光栅的反射光谱和光纤的衍射现象来感知物理量的变化。
其中，光栅反射过程利用反射光谱的偏移来检测物理量的变化，而光纤衍射过程则利用衍射光的角度变化来获取物理量的信息。
光纤光栅传感器
温度传感
温度传感
光纤光栅传感器能够实时监测温度变化，广 泛应用于电力、能源、环保等领域的温度监 控。通过将光纤光栅传感器安装在发热设备 或热流通道中，可以实时监测温度，实现设 备的预防性维护和安全控制。
温度传感特点
光纤光栅传感器具有测温范围广、响应速度 快、精度高、稳定性好等特点，能够实现高 精度的温度测量和实时监测。
航空航天
用于监测飞机和航天器的结构健康状况，如机翼、 机身等关键部位的温度、应变和振动等参数。
智能交通
用于监测高速公路、桥梁和隧道等基础设施的结 构健康状况，以及车辆速度、流量等交通参数。
06 光纤光栅传感器与其他传 感器的比较
电容式传感器
总结词
电容式传感器利用电场感应原理，通过测量电容器极板 间距离的变化来检测位移或形变。
分布式测量
长距离传输
光纤光栅传感器可以实现分布式测量，即 在同一条光纤上布置多个光栅，实现对多 点同时监测。
光纤光栅传感器以光纤为传输媒介，可实 现远距离信号传输，适用于长距离、大规 模监测系统。
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抗电磁干扰
光纤光栅传感器采用光信号传输，不 受电磁干扰的影响，特别适合在强电 磁场环境下工作。这使得光纤光栅传 感器在电力、航空航天、军事等领域 具有广泛的应用前景。
光纤光栅传感器的抗电磁干扰特性使 其在复杂环境中能够稳定工作，提高 了测量的可靠性和准确性。
耐腐蚀与高温
光纤光栅传感器采用石英光纤作为传输介质，具有优良的化 学稳定性和耐腐蚀性，能够在恶劣的化学环境下正常工作。 同时，石英光纤的熔点高达1700℃，使得光纤光栅传感器能 够在高温环境下进行测量。
光纤光栅传感器
光纤加速度传感器的工作原理
光纤加速度传感器的工作原理引言：光纤加速度传感器是一种常用于工业和科学研究领域的传感器，它可以测量物体的加速度，并将其转化为光信号进行传输和处理。
本文将介绍光纤加速度传感器的工作原理及其应用。
一、光纤加速度传感器的基本原理光纤加速度传感器的工作原理基于光纤的光学特性和加速度对光纤的影响。
光纤是一种细长而柔软的光导纤维，通常由高折射率的芯和低折射率的包层构成。
当光线从高折射率的芯进入低折射率的包层时，会发生全反射现象，使光线在光纤中传输。
光纤加速度传感器利用光纤的这种传输特性，通过将光纤固定在测量物体上，并使其与物体一起运动，当物体发生加速度变化时，光纤也会随之发生微小的形变。
这种形变会影响光线在光纤中的传输，进而改变光纤输出的光信号。
通过测量光信号的变化，可以确定物体的加速度大小。
二、光纤加速度传感器的工作过程光纤加速度传感器的工作过程可以分为三个步骤：光源发射光束、光束在光纤中传输、光信号检测与处理。
1. 光源发射光束光纤加速度传感器通常使用激光二极管作为光源，激光二极管可以产生高亮度和窄束的光束。
光源发射的光束经过适当的光学系统聚焦到光纤的一端，形成入射光束。
2. 光束在光纤中传输入射光束进入光纤后，会在光纤中进行全反射，沿着光纤传输。
当光纤受到加速度作用时，由于光纤的形变，光束的传输路径会发生微小的改变。
这种改变会导致光纤输出的光信号发生变化。
3. 光信号检测与处理光纤输出的光信号进入光电探测器，光电探测器会将光信号转化为电信号。
通过对电信号进行放大和滤波处理，可以得到与加速度大小相关的电信号。
最后，将电信号传输到信号处理单元进行分析和处理，得到准确的加速度数值。
三、光纤加速度传感器的应用光纤加速度传感器具有精度高、抗干扰能力强、体积小等优点，广泛应用于多个领域。
1. 工业领域光纤加速度传感器可以用于检测机械设备的振动和冲击，实时监测设备的工作状态，预测设备的健康状况，及时进行维护和修理，提高设备的可靠性和使用寿命。
光纤光栅传感技术介绍
11公司介绍2 光纤光栅传感新技术及产品公司介绍上海派溯智能科技有限公司是一家以光纤传感器产品研发、生产、销售、服务为一体的高新技术企业。
前身为海川股份上海启鹏工程材料有限公司的智能所。
公司掌握光纤激光传输技术、中心波长紧密控制技术、高速信号同步处理技术、光信号定位技术、大容量系统集成技术等核心光传感新技术。
产品主要包括各类光纤传感器、光纤传感解调设备、系统软件等。
光纤传感技术作为先进的安全神经感知系统，当今应用非常广泛，应用涉及：1、桥梁、隧道、管廊、水利水务、矿山及其他土木工程的安全监测；2、公路隧道、电力隧道、综合管廊、储油罐等场所的火灾报警；3、电力设备、动力设备的工作温度实时在线监测等。
公司为住建部行业标准《土木工程用光纤光栅温度传感器》、《土木工程用光纤光栅应变传感器》主编单位，《城市地下综合管廊运行维护及安全技术标准》参编单位。
公司的光纤光栅火灾报警产品已获国家消防3C 认证，光纤光栅煤矿安全监测产品已获国家安标MA认证，同时获各项发明专利和实用新型专利50多项。
公司拥有一流的产品研发生产基地，基地占地面积20000平方米，设有配套齐全的精密生产设备和检测设备，产品生产层层质量检测把关，确保产品出厂后品质保障。
总公司于2008年通过SGS公司ISO9001质量管理体系认证，2009年获得上海市专利培育企业和上海市高新技术企业证书，2010年被评为上海市科技小巨人培育企业。
何满朝院士宋院士来公司考察指导工作卢耀如院士振骐院士主编光纤光栅行业技术标准光纤光栅传感新技术及其产品通过拉伸和压缩光纤光栅，或者改变温度，可以改变光纤光栅的周期和有效折射率，从而达到改变光纤光栅的反射波长的目的。
反射波长和应变、温度、压力、压强等物理量成线性关系。
光纤光栅结构原理光纤光栅传感系统主要由光纤光栅传感器、传输光纤和光纤光栅解调设备组成。
光纤光栅传感器主要用于获取温度、应变、压力、位移等物理量，光纤光栅解调设备用于对传感器信号的检测和数据处理，以获得测量结果，通过光纤能够实现长距离监测。
低频光纤Bragg光栅加速度传感器实验
Ｂａｇ ｒｇ 光栅加速度传感器 是利 用光栅 的波 长调制 原理 ， 即 利用 外界 的 微 扰 振 动来 改 变 光 栅 的 栅 距 ， 转 化 为对 应 的 波 再
＾
长 变 化 量 ， 过 检 测 波 长 的 变 化 来 测 量 加 速 度 的 大 小 。 结 通 构 如 图 １ 示 ， 纤 光 栅 两 端 直 接 固定 在 外 壳 上 ， 免 了 所 光 避
２ 低 频 光 纤 Ｂ ａｇ光 栅 加 速 度 传 感 器 阵 列 ｒｇ
测试
为 了掌 握 实 际制 作 的 悬 臂 梁 式 低 频 光 纤 光 栅 加 速 度 传
这样 ， 加 速度 传 感 器 在 其 工 作 频 带 内工 作 时 ， 纤 光 当 光
栅 的应 变为
ａ ／ｂ ａ ｍ 一 ／ｂ ， 、
到很好 的保护 。２ ０ 同济 大学 的沈洋和孙 利 民 设 计 ０ ９年 了 一种 新 型 的高 灵 敏 度 温 度 自补 偿 型 光 纤 光 栅 加 速 度 传 感
器 ， 过 参 数 优 化 ， 保 证 量 程 和 量 测 频 率 范 围 的前 提 下 使 通 在
该系统 的运 动都 可 看作 弹簧 （ ）一阻 尼 （ ）一质 量 块 ｃ （ｎ 的单 自 由度 系 统 ， ｒ） 系统 的 动力 学 方 程 为
硕
４０３ ） ３０ ３
摘 要 ： 低 频 光纤 Ｂａｇ 栅 加 速 度 传 感 器 的原 理 进 行 了分 析 ， ～ 种 基 于 悬 臂 梁 结 构 的 、 低 频 光 纤 Ｂａｇ 栅 对 ｒｇ 光 对 ４元 ｒｇ 光 加 速 度 传 感 器 阵 列 的 加 速 度 灵 敏 度 、 性 度 以 及 动 态 范 围 等 性 能 参 数 进 行 了实 验 研 究 。 结 果 表 明 ： 种 低 频 光 纤 线 这
一种光纤光栅加速度传感系统
１ 传感及解调 系统 工作原 理
为了检测振动引起光栅中心波长的微小偏移 ， ２ 光纤光栅传感器解调过程需要把波长编码信息转化 为 ］
收 稿 日期 ：０ ８０—７ ２０—８２
基金项 目： 国家高技术研究发展计划 （ ３ 划） 目（０６ Ａ ６ ２７ ２０ Ａ ０ Ｚ １ ） ８ 计 ６ 项 ２０ Ａ ０Ｚ０ ； ６ Ａ ６ ２３ 。 ０ 作者简介 ： 良柱 （ ８ 一）男 ， 马 １ ３ ， 助理工程师 ， ９ 主要从事光纤传感器及应用研究 。Ｅ ｍ ｉ ｘ ｏ ａ３７ ６ ． ． ａ ：ｉ ｍ １ ＠１３ ㈣ ｌ ａ ５
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光纤光栅传感器的工作原理和应用实例
光纤光栅传感器的工作原理和应用实例一、本文概述光纤光栅传感器作为一种先进的光学传感器，近年来在多个领域中都得到了广泛的应用。
本文旨在全面介绍光纤光栅传感器的工作原理及其在各领域中的应用实例。
我们将详细阐述光纤光栅传感器的基本原理，包括其结构、光学特性以及如何实现传感功能。
接着，我们将通过一系列应用实例，展示光纤光栅传感器在结构健康监测、温度测量、压力传感以及安全防护等领域的实际应用。
通过本文的阅读，读者将能够对光纤光栅传感器有一个全面深入的了解，并理解其在现代科技中的重要地位。
二、光纤光栅传感器的基本概念和原理光纤光栅传感器，也被称为光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）传感器，是一种基于光纤光栅技术的传感元件。
其基本概念源于光纤中的光栅效应，即当光在光纤中传播时，遇到周期性折射率变化的结构（即光栅），会发生特定波长的反射或透射。
光纤光栅传感器的工作原理基于光纤中的光栅对光的反射作用。
在制造过程中，通过在光纤芯部形成周期性的折射率变化，即形成光栅，当入射光满足布拉格条件时，即入射光的波长等于光栅周期的两倍与光纤有效折射率的乘积时，该波长的光将被反射回来。
当外界环境（如温度、压力、应变等）发生变化时，光纤光栅的周期或折射率会发生变化，从而改变反射光的波长，通过对这些波长变化的检测和分析，就可以实现对环境参数的测量。
光纤光栅传感器具有许多独特的优点，如抗电磁干扰、灵敏度高、测量范围大、响应速度快、能够实现分布式测量等。
这使得它在许多领域，如结构健康监测、航空航天、石油化工、环境监测、医疗设备、智能交通等，都有广泛的应用前景。
光纤光栅传感器的工作原理决定了其可以通过测量光栅反射光的波长变化来感知外界环境的变化。
因此，在实际应用中，通常需要将光纤光栅传感器与光谱分析仪、解调器等设备配合使用，以实现对环境参数的精确测量。
光纤光栅传感器的基本概念和原理为其在各种应用场景中的广泛应用提供了坚实的基础。
光纤光栅传感器原理
光纤光栅传感器原理
光纤光栅传感器是一种利用光栅原理进行测量的传感器，它通过光栅的衍射效
应实现对光信号的测量和传感。
光纤光栅传感器的原理主要包括光栅的形成、入射光信号的衍射效应和信号测量三个方面。
首先，光栅的形成是光纤光栅传感器原理的基础。
光栅是通过在光纤中引入周
期性折射率变化而形成的，这种周期性折射率变化可以通过光栅制备技术实现，常见的制备方法包括光刻、干涉曝光等。
光栅的形成使得光信号在光纤中发生衍射，从而实现对光信号的测量和传感。
其次，入射光信号的衍射效应是光纤光栅传感器原理的关键。
当光信号进入光
栅时，光信号会受到光栅周期性折射率变化的影响，发生衍射现象。
这种衍射效应会使得光信号在光栅中形成衍射波，从而产生衍射光谱。
衍射光谱的特征与光栅的周期、折射率变化等参数密切相关，可以通过分析衍射光谱实现对光信号的测量和传感。
最后，信号测量是光纤光栅传感器原理的实现方式。
通过对衍射光谱进行分析，可以得到光信号的频率、强度、相位等信息，从而实现对光信号的测量和传感。
常见的信号测量方法包括光谱分析、频率测量、干涉测量等，这些方法可以实现对光信号的高精度测量和传感。
综上所述，光纤光栅传感器原理是基于光栅的衍射效应实现对光信号的测量和
传感。
通过光栅的形成、入射光信号的衍射效应和信号测量三个方面的原理，可以实现对光信号的高精度测量和传感，具有重要的应用价值。
在光通信、光传感、光谱分析等领域有着广泛的应用前景。
几种常见光纤光栅传感器工作原理
几种常见光纤光栅传感器工作原理光纤光栅传感器是一种利用光纤光栅原理进行测量和传感的设备。
光栅传感器常见的工作原理包括光纤布拉格光栅传感器、光纤长周期光栅传感器和微弯光纤光栅传感器。
光纤布拉格光栅传感器的工作原理是基于布拉格散射原理。
布拉格光栅是一种周期性折射率的光学结构，在光纤中形成了一个周期性的介质折射率变化。
当光线从光纤的一端传输到另一端时，如果入射光的波长与光纤布拉格光栅的周期匹配，一部分光子将被散射回来。
通过测量返回的散射光的波长，可以得到光纤周围环境的物理参数，如温度、应力和应变等。
光纤长周期光栅传感器的工作原理是基于光纤中被定期改变的折射率。
长周期光栅是一种周期性折射率变化的光学结构，在光纤中形成了一个周期性的折射率变化。
当光线从光纤的一端传输到另一端时，由于光纤中折射率的周期性变化，部分光子将被耦合到光纤的芯部分中。
通过监测被耦合到芯部分的光强，可以得到光纤周围环境的物理参数，如温度和应变等。
微弯光纤光栅传感器的工作原理是基于光纤的微弯曲变化。
当光纤受到外力或外部物理参数的作用，如温度、压力和应变等，会导致光纤发生微弯曲。
微弯光纤光栅传感器通过监测微弯光纤的光强变化来测量这些物理参数。
微弯光纤光栅传感器通常由两个光纤光栅组成，一个作为敏感光纤光栅，另一个作为参考光纤光栅。
通过比较敏感光纤光栅和参考光纤光栅的光强变化，可以得到环境物理参数的值。
综上所述，光纤光栅传感器可以基于光栅的布拉格散射原理、长周期折射率变化和微弯光纤的光强变化来实现对环境物理参数的测量和传感。
这些传感器在温度监测、应力分析、应变测量和压力检测等领域具有广泛的应用前景。
光纤Bragg光栅加速度传感器研究进展
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另 一端 放有 质量块 ， 光纤 光栅 两端 点 粘贴 在 悬 把
臂 梁 的 固定 端 附 光纤 Ｂ ａ ｇ光栅 受 此 ｒｇ
图２ Ｂ Ｆ Ｇ加速度 力发 生 变化 ， 而光 纤 Ｂ ａ ｇ 从 ｒｇ 传感器力学模型 光 栅 的 长 度 发 生 变 化 ， 光 即
△ Ｂ一 ２ ｅ ・△Ａ ｎｆ ｆ
动， 在惯 性力 的作 用 下 悬 臂 梁 产生 收缩 和伸 长 ， 带
动 光纤光 栅 产生应 变从 而 引起 Ｂ ａ ｇ波 长 的变化 ， ｒｇ 通 过探测 Ｂ ａ ｇ波 长 的变 化 来 实 现 振 动 加速 度 的 ｒｇ
测量。
纤 ｌＢ Ｆｇ 加速
匀 。在测 量 物体 振 动 时 ， 机 座 固 定 在振 动源 上 ， 把
振 动源 于机 座 同时 振 动 ， 而 引 起 质 量 块 ｍ 的振 从
栅 的周 期 以发生 变化 ， 据牛 顿第 二定 律 以及光 纤 依
Ｂ ａ ｇ光 栅传 感 原 理 可 推 导 出 如 下 光 纤 Ｂ ａ ｇ光 ｒｇ ｒｇ 栅 的 固定端 与质 量块 之 间 的光栅 的周 期 变化 量 与相应 的加速度 变 化关 系 为
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传感器的标定测试：
加速度传感器的标定测试系统主要包括软件和硬件两部分。 其中硬件部分主 要包括振动台、信号源、功率放大器、电荷放大器和在控制箱。控制箱是系统主 控设备，其内部设有底层单片机，采集测试过程中的模拟信号，并转换成数字信 号上传给计算机；同时接收计算机的数字指令，传送给信号源，驱动信号源，经 功率放大后控制试验台进行激励扫频。 数字化标定系统组成如图所示：
4 E光纤 S光纤 ML光纤
传感器设计方案：
利用飞秒激光在光纤上刻制光栅，方法为光纤沿着 z 轴匀速移动，利用飞秒 激光器射出激光， 透过相位掩膜板的光束聚焦在光纤上进行曝光，从而在光纤上 形成光栅如图所示。
传感器的外壳以及弹性元件材料都为钢，可以使用机床直接进行加工。各个 部分都加工好之后， 将光纤光栅用胶水固定在弹性元件之上，然后将弹性元件以 及质量块一起安装到传感器的钢制壳体中进行封装。
2ma 1 P ES 其中上式中 P 0.22 是光纤的弹光系数， E 为钢片的弹性模量。上式为光纤光 栅波长改变量与加速度的线性变化关系。 根据上述公式可得到钢片的弹性系数为 ES K L 由此得到系统的无阻尼谐振频率：
f0
0 1 2 2
2 ES ML
f f1 f 2 f3 f 4 f5 f 6 f 7
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光纤传感器 研究与设计报告
题 姓 学 年 专
目： 名： 号： 级： 业：
光纤光栅加速度传感器
报告设计名称： 光纤光栅加速度传感器 传感器功能描述：
加速度传感器是利用物体的惯性测量物体运动情况的一类惯性传感器。它 的输出是与运载体的运动加速度成比例或者具有一定关系的信号。 加速度传感器 的基本原理是基于牛顿经典力学，即牛顿第二定律：物体在外力的作用下将产生 加速度，其大小与所加外力成正比，与物体质量成反比，方向与作用力的方向一 致。光纤光栅加速度传感器是通过质量块在外力的作用下带动弹性体发生形变， 从而带动固定在弹性体上的光纤发生形变，从而使光纤光栅的光栅常数发生改 变， 达到改变输出波长的目的， 这样通过测量输出波长的漂移量就可以得到所测 的中光纤光栅加速度传感器与标准传感器的对比，即可了解光纤 光栅加速度传感器的动态范围，以及对传感器进行标定。
参考文献：
[1]加速度传感器批量标定测试系统的设计，焦佳伟,石云波,邹坤等 [2]加速度传感器的标定系统与实验研究，李宵宵 [3]一种新型的光纤光栅高频加速度传感器，张东生，姚开方，姜德生等 [4]Design and Analysis of a High Sensitivity FBG Accelerometer Baesd on Local Strain Amplification.Jun Wang,Gang Dingpeng,Zhengliang Hu, Huayong Yang,and Youming Hu
传感器的结构设计：（AUTOCAD 设计）
传感器的制作工艺:(材料的材质、组装、焊接、退火)
光纤光栅加速度传感器中的光纤光栅通过飞秒激光配合相位掩膜板可以在 光纤中直接写入需要的光栅。 光纤光栅加速度传感器的外壳以及弹性元件均采用 45#钢。传感器的弹性元 件中各部分的尺寸较小所以应使用精度较高的机床来进行加工。 光纤光栅加速度 传感器比较敏感， 质量块质量的大小对传感器的性能影响很大，所以质量块进行 加工时必须满足设计时的质量， 并且要求误差很小。其余传感器外壳部分正常加 工即可。 安装时， 为使弹性元件和质量块不发生窜动外壳的两端固定弹性元件部分可 选择过盈安装。并且需要在外壳两端用胶水将光纤光栅固定。完成安装后，在光 纤光栅两端熔接足够长的传导光纤用于数据的传输。
传感器的应用领域：
光纤光栅加速度传感器与其他电子类加速度传感器相比，具有本质防电、抗 电磁干扰、 信号传输距离远和灵敏度高等特点，因此光纤加速度传感器与电子类 加速度传感器相比具有更广阔的应用空间。光纤光栅加速度传感器可应用于汽 车、船舶、桥梁、航空航天和振动监测等多个方面。
传感器设计指标：
此光纤传感器是由光纤光栅和钢结构以及质量块组成的系统， 传感器的谐振 频率极大的提高。 将两个光纤光栅分别固定在两个弹性钢结构上，通过感知钢结 构的应变来实现机械振动到光波长的转换。此传感器的设计谐振频率应该达到 3000Hz 以上，并且应该具有较高的灵敏度和较大的线性测量范围。
传感器的基本原理:
FBG 加速度传感器是将光纤光栅固定在钢片上，当传感器外部有加速度时， 钢片会发生形变从而引起光纤光栅的形变，由下式
2neff
式中λ 为 FBG 反射的波长，Λ 是光栅周期，neff 是光纤光栅的有效折射率。当光纤 光栅发生形变时，光纤光栅的光栅常数Λ 发生改变，导致其输出波长发生变化， 通过测量光纤光栅输出波长的漂移量，即可得到加速度。 根据光纤光栅波长与应变变化关系式和弹性系统中加速度与应变的关系： 1 P F 2 ES ES a m 4m 2m 可得到：
下面两图分别是传感器中弹性元件的尺寸示意图和将弹性元件简化为弹簧 的示意图。由于弹性元件的材料为钢，钢具有较高的弹性模量，可以弹性元件分 割成如图中虚线所示六部分， 并且每个部分受力变形时为线性变形，所以可以分 别简化为弹簧。同时，光纤本身也具有一定的弹性，所以可以将光纤也简化为一 根弹簧， 就有如下图所示的七根弹簧一起作用在质量块上。此时系统的无阻尼谐 振频率可由各个弹簧总的谐振频率加和求出为：