基于PGC的光纖傳感技術在加速度與彎曲測量中的應用.pdf

1、自物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一寫入政府工作報告之后，傳感器在國內(nèi)的研究再次掀起了一股熱潮。光纖傳感器由于具有靈敏度高、抗電磁干擾能力強、動態(tài)范圍大、防水防潮、耐腐蝕、質(zhì)量輕、體積小、損耗小等優(yōu)點，成為了研究的熱點之一。
　　 本文提出了兩種類型的光纖傳感器：一種是基于光纖法布里-珀羅(Fabry-Perot，F(xiàn)-P)干涉的加速度計；另一種是基于光纖邁克爾遜干涉的彎曲傳感器。基于光纖法布里-珀羅干涉的加速度計用固定于

2、圓網(wǎng)狀彈性膜片上的硅微反射鏡與處理過的光纖端面構成F-P干涉腔，產(chǎn)生了相位差隨外界加速度改變的光干涉信號。該傳感器采用相位生成載波技術(Phase Generated Carrier，PGC)通過對干涉信號的調(diào)制和解調(diào)實現(xiàn)了對相位差的精確測定。對該加速度計樣機的測試結果表明，該光纖加速度計擁有63.2 rad/g的靈敏度，160 Hz的共振頻率，4μg的分辨率及接近108的動態(tài)范圍。同時，本課題利用已設計好的PGC程序?qū)τ晒饫w帶產(chǎn)生的邁

3、克爾遜干涉信號進行調(diào)制解調(diào)，獲得了靈敏度為43.96 rad/m-1且分辨率達0.004m-1的新型光纖彎曲傳感器。
　　 本論文從研究光纖傳感器的基本理論出發(fā)，主要完成了以下幾部分的內(nèi)容：
　　 1.深入了解了光纖傳感器的相關基礎知識，包括光纖的結構、光纖傳輸光波的原理、光纖傳感的基本原理及常用于光纖傳感系統(tǒng)中的各種器件。研究了傳感器的主要性能指標，為本論文展開光纖傳感器的設計方案以及對傳感器樣機的測試評估奠定了理論基

4、礎。
　　 2.從加速度計的定義出發(fā)，對現(xiàn)有的加速度計設計原理及優(yōu)缺點作了分析，總結歸納了加速度計的發(fā)展方向及趨勢。
　　 3.詳細闡述了各種干涉型光纖加速度計的結構設計和工作原理，提出了一種基于光纖F-P干涉的加速度計。設計了該加速度計的慣性傳感結構，用工程軟件CosmosWorks分析了慣性傳感結構中彈性膜片在不同加速度情況下的應變情況。研究了適用于該加速度計的光干涉信號的PGC技術的實現(xiàn)方法。
　　 4.介

5、紹了利用CNC(Computer Numerical Control)精密雕刻技術制作不銹鋼圓網(wǎng)狀彈性膜片的方法，并測試了慣性傳感結構中微反射的位移與加速度的關系。研究了相位生成載波技術的程序算法，實現(xiàn)了對干涉信號精確的調(diào)制解調(diào)。實驗測試了加速度計樣機的各種性能，結果表面該加速度計達到了高分辨率、大動態(tài)范圍的設計目標。
　　 5.闡述了幾種典型的光纖彎曲傳感器的基本原理和應用，提出了一種基于光纖邁克爾遜干涉的彎曲傳感器。介紹了光