基于PGC的光纖傳感技術(shù)在加速度與彎曲測量中的應(yīng)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(qiáng)、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(diǎn)，成為了研究的熱點(diǎn)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?；诠饫w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(gòu)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(shù)(Phase Generated Carrier，PGC)通過對干涉信號的調(diào)制和解調(diào)實(shí)現(xiàn)了對相位差的精確測定。對該加速度計樣機(jī)的測試結(jié)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(shè)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(jìn)行調(diào)制解調(diào)，獲得了靈敏度為43.96 rad/m-1且分辨率達(dá)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(guān)基礎(chǔ)知識，包括光纖的結(jié)構(gòu)、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(biāo)，為本論文展開光纖傳感器的設(shè)計方案以及對傳感器樣機(jī)的測試評估奠定了理論基

4、礎(chǔ)。
　　 2.從加速度計的定義出發(fā)，對現(xiàn)有的加速度計設(shè)計原理及優(yōu)缺點(diǎn)作了分析，總結(jié)歸納了加速度計的發(fā)展方向及趨勢。
　　 3.詳細(xì)闡述了各種干涉型光纖加速度計的結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計了該加速度計的慣性傳感結(jié)構(gòu)，用工程軟件CosmosWorks分析了慣性傳感結(jié)構(gòu)中彈性膜片在不同加速度情況下的應(yīng)變情況。研究了適用于該加速度計的光干涉信號的PGC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。
　　 4.介

5、紹了利用CNC(Computer Numerical Control)精密雕刻技術(shù)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(jié)構(gòu)中微反射的位移與加速度的關(guān)系。研究了相位生成載波技術(shù)的程序算法，實(shí)現(xiàn)了對干涉信號精確的調(diào)制解調(diào)。實(shí)驗(yàn)測試了加速度計樣機(jī)的各種性能，結(jié)果表面該加速度計達(dá)到了高分辨率、大動態(tài)范圍的設(shè)計目標(biāo)。
　　 5.闡述了幾種典型的光纖彎曲傳感器的基本原理和應(yīng)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