阐述了光纤加速度计的基本原理,并根据近年来对光纤设计和光纤网络的分析,提出了一种新型的加速度计,研究表明波长调制光纤加速度计具有广阔的应用前景。动检测领域对高性能振动传感器的需求促进了加速度传感器的不断发展:从1960年代末研究的微硅技术到初期的新型光纤传感技术1980年代,已经提出了各种各样的加速度传感器结构。

硅微电子加速度计相比,光纤加速度计因其高精度,抗电磁干扰性,在恶劣环境下的工作性以及易于集成性而受到特别关注。据基本原理,光纤加速度传感器可以分为光纤加速度传感器和光纤光栅加速度传感器,光纤加速度传感器的调制方式可以分为光弹性效应类型。光强度类型[1],干涉类型[2]等。络加速度传感器可以分为两种类型:带宽调制类型[3]和波长调制类型[4〜5]。度调制型加速度传感器旨在通过调制在光纤中传输的光的强度来测量加速度。主要包括透射,反射,偏振等技术,具有结构简单,信号解调简单,成本较低的优点。点是精度不高。射式光纤加速度计。种传感器的结构特征是,光纤本身用作移动单元,并且加速度会引起输出光纤的振动以及耦合到输出光纤中的光量,并且从接收端检测到的光的强度可以反映加速度值的大小。射式光纤加速度计。种类型的传感器与透射型传感器之间的区别在于,存在一个附加的反射镜,并且光纤和该反射镜可以用作移动元件。纤的轴垂直于反射面,称为直接镜面类型,光纤的轴不垂直于反射面,称为倾斜镜面类型。振光纤加速度计。种类型的传感器使用光纤本身直接检测质量的惯性以产生偏振态的变化,从而导致输出光强度的变化,从而允许测量加速度。Tihon Pierre等人在2012年提出的四种基于双折射的机械转换结构是U型铝梁,用于弯曲,挤压,拉伸和扭曲光纤。从结构的单模光纤的一端输入偏振光时,加速度引起光纤变形,从而导致激光器的偏振状态改变。另一端发出的偏振光穿过分析仪,并被光电二极管检测到。同的加速度幅度对应于不同的偏振态,即接收到的不同的光强度[1]。位调制型加速度传感器的目的是通过调制光纤中传输的光的相位来测量加速度,主要包括迈克尔逊干涉仪,马赫曾德尔干涉仪, FP干涉仪等,并呈现出灵活的几何结构和分辨率的优点。如灵敏度之类的性能指标非常高,研究也很深入。克尔逊干涉式光纤加速度计。
F. Peng和他的合作者在2012年设计了一款紧凑型的迈克尔逊干涉式加速度计,恒温阀芯该传感器利用了光纤本身的固有优势,因此可以减小传感器的尺寸和重量,并粘合重量m与环氧树脂。两条粘结的单模光纤的中间,光纤的上端和下端由金属管和实心框架固定。速度的变化将导致干涉仪的两个臂之间的光程差发生变化。
过解调相位变化,可以获得相应的加速度。速度传感器的灵敏度和频率响应可以为0.42 rad / g。600 Hz M-Z干涉式光纤加速度计。
2010年,Chen Liuhua及其合作者提出了一种基于锁相门相位调制和解调(PGC)±1的光加速度检测方案。传统的MZ干涉仪不同,这种结构不依赖于在MZ之一上。臂用作感测臂,但是构成垂直于作为感测元件的激光器的正弦振幅阵列。在垂直网格线方向上的加速度作用在网络平面中的网络上时,会产生相应的位移,进而导致PD侧干扰的相位差发生变化。M-Z臂之一通过PZT产生载波,以提高相位解调的准确性,并且实验系统的误差为[2]。F-P干涉式光纤加速度计。QLin和他的合作者在2011年提出了一种高分辨率的加速度计结构。模光纤的端面覆盖有半反射膜,该膜既用作发射光纤又用作接收光纤,并且光纤和硅微镜的端面连接到质量为0.8毫米,质量为0.1毫米的不锈钢网中形成FP腔。V形槽和光纤连接支架之间放置一个PZT,并通过施加音频信号并更改空腔的长度来为空腔的长度生成相位载波调制(PGC)与纤维轴向的加速度成线性关系。种结构的灵敏度为1 rad / g时为36 dB,共振频率为160 Hz,横向灵敏度为1 rad / g时为-1.8 dB [3]。带加速度传感器的类型实际上也是网络波长的调制,区别在于它被设置为检测带宽的变化以达到检测温度不敏感加速度的目的。2010年,W.J Zhou和他的合作者提出了一种基于FBG玻璃应力调整的光纤加速度传感器。30毫米长的FBG倾斜到165毫米长,3毫米宽和5毫米厚的直角悬臂梁的侧面。的末端装有约100克的质量。臂梁的中性层形成9.6°的角度。速度的变化会导致光栅数量的变化,发现光栅反射光谱的带宽与加速度成线性关系,灵敏度可以达到0.679 nm / g [4]。于其相对较低的生产成本,强大的抗电磁干扰能力以及解调能力,光纤布拉格光栅技术是近年来发展最快的光纤检测技术之一。便,易于集成和长距离信号传输。点波长调制类型的光纤加速度传感器可以进一步分类为弹性束类型,固定两点类型,环形类型等。弹性梁的光纤加速度计。于弹性梁的光纤加速度传感器是被广泛研究的结构,其基本原理是将FBG附着在弹性梁的表面,加速度引起弹性梁的弯曲,从而导致弹性梁弯曲。伸和压缩网络,从而产生布拉格波长。种变化具有结构简单和重复性好的优点,但同时也缺乏高灵敏度和共振频率[5]。点固定式光纤加速度计。种类型的传感器的特征在于,仅预拉伸纤维网络的两端是固定的,一端固定在壳体上,另一端固定在可以沿光纤轴向移动的物体上光。
速度导致质量运动,网格拉伸或压缩,从而导致波长变化以检测加速度。弹性梁结构相比,该传感器的优势在于格栅的一部分没有胶粘,从而避免了胶粘剂的蠕变效应和网状结构的影响。轴向拉伸或压缩,引起光栅纹波,并减少了由反射光谱的解调带引起的误差。纤加速度传感器。种类型的传感器的特征在于使用环形结构作为弹性支撑。ohanShao和他的合作者在2011年提出了一种四光束环形结构。
络连接到环形表面。质量受加速度影响时,它会沿垂直方向移动。环被压缩或拉伸时,光栅的波长也会改变,并且与质量位移的大小呈线性关系。种配置的优点是,通过更改环的尺寸和模块,可以在相同的响应带宽下提高传感器的灵敏度。过十多年的研究,光纤加速度传感器得到了迅速的发展,并在社会生产的各个领域,特别是对健康结构状态的监测中具有重要的应用。(分别由FP da Costa Antunes [6],恒温阀芯A Vallan [7]等提出)光纤加速度计在建筑物振动监测领域(如基础设施和大型结构)中的应用。文介绍了光纤加速度计的工作原理以及近年来的研究进展:我们看到光纤传感器的类型越来越丰富,实用性也越来越普遍。实用,尤其是基于波长解调的光纤光栅加速度计。工业和民用应用中越来越多地使用显着的好处和相对较低的工程成本。
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