全光纖FPI型低頻振動(dòng)傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn).pdf

1、低頻振動(dòng)測(cè)量技術(shù)在工程機(jī)械、車輛船舶、儀器儀表、建筑結(jié)構(gòu)、地震監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著重要作用。光纖振動(dòng)傳感器因具有測(cè)量范圍廣、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)而成為振動(dòng)傳感領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的光纖低頻振動(dòng)傳感器大都需要依賴外部振動(dòng)響應(yīng)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致體積龐大，溫度交叉敏感嚴(yán)重。隨著智能時(shí)代的到來(lái)，器件微型化是一種趨勢(shì)，制作出實(shí)用的微型化光纖低頻振動(dòng)傳感器具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。論文主要從減小光纖振動(dòng)傳感器體積、提升傳感器的靈敏度和減小傳感器溫度交叉

2、敏感性開展研究。
　　從慣性式振動(dòng)傳感器振動(dòng)模型出發(fā)，分析得到位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器的振動(dòng)響應(yīng)曲線，待測(cè)外界振動(dòng)頻率大于系統(tǒng)的諧振頻率時(shí)，應(yīng)使用位移傳感器；待測(cè)外界振動(dòng)頻率低于系統(tǒng)諧振頻率時(shí)，應(yīng)使用加速度傳感器，因此，測(cè)量低頻振動(dòng)，一般采用加速度傳感器。系統(tǒng)的諧振頻率和阻尼對(duì)加速度傳感器的靈敏度和測(cè)量范圍起著關(guān)鍵作用，通過(guò)分析得到，諧振頻率越低，傳感器的靈敏度越高；系統(tǒng)阻尼越大，加速度傳感器的測(cè)量范圍更廣，但是傳感器

3、的響應(yīng)度更小，靈敏度更低。
　　針對(duì)現(xiàn)有光纖振動(dòng)傳感器存在的問(wèn)題，按照傳感器的微型化、傳感器探測(cè)更靈敏化和消除溫度交叉敏感性的思路，設(shè)計(jì)了一種基于帶質(zhì)量塊懸臂梁(Micro cantilever beam with tip mass, MCBTM)全光纖法布里珀羅干涉(Fabry-Perot Interferometer, FPI)型低頻振動(dòng)傳感器探頭。詳細(xì)地介紹該傳感器的制作工藝并制作出三組不同結(jié)構(gòu)的傳感器探頭，對(duì)低頻振動(dòng)傳感器

4、的測(cè)量和解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹，結(jié)合COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件分析該傳感器探頭的相關(guān)特性。
　　通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)三根傳感器進(jìn)行低頻振動(dòng)實(shí)驗(yàn)。為驗(yàn)證石英毛細(xì)管能有效隔離外部溫度對(duì)傳感器的影響，對(duì)其中一根結(jié)構(gòu)做了溫度實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，質(zhì)量塊可以減小傳感器的諧振頻率，能提高傳感器的靈敏度，石英毛細(xì)管能有效隔離外部溫度對(duì)傳感器的影響，進(jìn)而降低傳感器的溫度交叉敏感性。
　　本文設(shè)計(jì)的基于MCBTM的全光纖FP