增敏型光纤光栅加速度传感器设计.pdf

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1、2015,正仪表技术与传感器2015第1期InstrumentTechniqueandSensorNo.1增敏型光纤光栅加速度传感器设计王侃'(1.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039;2.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆400037)摘要:基于等强度梁与垫高块相结合结构,将双光栅串联并将光栅栅区两端分别固定在等强度梁上下的垫高块之间,避免出现啁啾或多峰现象,推导了传感器力学模型,该结构提高了传感器的灵敏度,同时很好的剔除了温度的影响;数值优化得出传感器几何参数,建立了三维模型;通过数值仿真得出了传感器应变及模态特性;对样

2、机进行了幅频及灵敏度实验,结果数据与前面设计仿真比较吻合。关键词:光纤光栅;加速度传感器;灵敏度;固有频率中圈分类号:TP212.1文献标识码:A文章编号:1002—1841(2015)01—0010—03Enhanced-sensitivityFiberGratingAccelerationSensorDesign。WANGKan,(1.ChongqingResearchInstituteofChinaCoalTechnology&EngineeringGroupCorporation,Chongqing400039,China;2.Gasd

3、isastermonitorandemergencyStateKeyLaboratory,Chongqing400037,China)Abstract:Basedonthestructureofthecombinationofequalintensitybeamandhighblock,bothendsofthegateregionofdoublegratingserieswerefixedrespectivelybetweenthetopandbottomofthehighblocksofequalintensitybeam,thusavoi

4、dingthephenomenaofchirpandmuhimoda1.Themechanicalmodelofthesensorwasdeduced,thusimprovingthesensitivityofthesen—sotandremovingthetemperatureaffects.Geometryparametersofthesensorwerederivedfromnumericaloptimization,andthree—di—mensionalmodelwascreated.Throughnumericalsimulati

5、on,strainandmodalcharacteristicsofthesensorwereobtained.Theexper-imentsonamplitude—frequencyandsensitivityoftheprototypewerecompleted,andtheresultsarecomparativelyconsistentwiththesimulation.Keywords:fibergrating;accelerationsensor;sensitivity;naturalfrequency0引言动情况。这里采用等强度梁

6、和质量块的力学模型作为加速度光纤光栅加速度传感器与传统加速度传感器相比,不但能传感器传感单元。抗电磁干扰,而且体积小、质量轻、动态范围宽、精度高、能在恶当梁的三角形顶端受到力F=ma作用时,等强度梁的上劣环境下工作⋯等优势而得到研究人员的重视,广泛应用在铁下两个表面轴向应变是均匀分布的,其大小为路、桥梁、大坝、航空航天和船舶等重要领域。国内很多高校6F,和科研单位,从不同的角度对光纤光栅加速度传感器的设计提—Eb—t2(1),出具体的探讨和研究,原理多是由等强度梁提供弹性力,将光根据等强度梁端部的挠度公式可以得到梁的等效弹簧刚度为栅直接粘接在等

7、强度梁上。这样的设计易产生啁啾或多峰现象致使测试不准,且灵敏度低。同济大学的沈洋和孙利民设警n,(2)计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式中:E为等强度梁弹性模量;为等强度梁长度;6为等强度梁器,通过参数优化在保证量程和量测频率范围的前提下使灵敏底部宽度;t为等强度梁厚度。度达到了240Pm/ms~,随着振动测试技术的发展和高精度测将光纤光栅固定在垫高块中心上,采用同样长度栅区的双试的需要,研制高灵敏度的加速度振动传感器势在必行。文中光栅分别置于两垫高块中间。其简化的传感单元结构示意如针对目前光纤光栅加速度传感器存在的问题,提

8、出一种高灵敏图1所示。由弯曲变形定理可知等强度梁表面应变s和高度h度、测试准确、寿命长且适合土木工程运用的一种新结构。处应变s.有这样关系1加速度传感

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