低頻光纖光柵加速度傳感器

3 光纖光柵加速度傳感器特性研究

根據式(15)的光纖光柵加速度傳感器的數學(xué)模型，設計了固定頻率fn=67Hz的低頻光纖光柵加速度傳感器.彈性梁尺寸為L(cháng)=80mm，h=1mm，b=5mm，材料選用碳纖維，彈性模量E=128GPa，質(zhì)量塊m=8.8 g，布拉格光纖光柵在靜止狀態(tài)下的波長(cháng)λB=1551.75nm，波長(cháng)變化靈敏度80 pm·g-1，經(jīng)過(guò)光電探測器轉化為電信號后的靈敏度為s=200mV.g-1.對傳感器的動(dòng)態(tài)特性在ES-015振動(dòng)臺上進(jìn)行了實(shí)驗研究，圖3是在三種不同阻尼比ε時(shí)的幅頻特性實(shí)驗中給激振器旋加的加速度值為0.5g(g為重力加速度)，整個(gè)測量頻帶是0～100Hz.從圖中可以看出：在l～45 Hz以下是加速度計的幅值平坦區，在45～65Hz是共振區，在65Hz以上是衰減區，所以選用1～45Hz作為其工作區;在共振區內加速度計的特性也與阻尼有關(guān)，隨著(zhù)阻尼比的增加振動(dòng)幅值呈下降趨勢，同時(shí)共振頻率也向低頻偏移，但阻尼比對幅值的影響比較顯著(zhù)一些，所以通過(guò)選用適當的阻尼可以改變加速度計的共振區特性，防止其工作在共振區時(shí)由于幅值過(guò)大引起傳感器損壞.通常阻尼選在O.707附近，這與其他振動(dòng)傳感器是相同的.

對單自由度的低頻光纖光柵加速度計來(lái)說(shuō)，橫向抗干擾特性也是一項重要指標.實(shí)驗在加速度計的測振方向以及與其垂直的側向分別加0.5g的加速度，在5～45 Hz的頻帶范圍內對兩個(gè)方向的振動(dòng)值進(jìn)行了對比，測量結果如圖4所示.從圖中可以看出，在加速度計的測振方向激振時(shí)加速度計測量輸出維持在100 mV 附近，而在與測振垂直方向激振時(shí)輸出在1～4mV范圍內，其橫向抗干擾能力達40 dB.可見(jiàn)此種設計方案可以有效降低橫向干擾的影響.

4 結論

設計了低頻光纖光柵加速度傳感器通過(guò)對其力學(xué)模型分析，建立了光纖光柵加速度傳感器的數學(xué)模型，得到了傳感器的加速度和光纖光柵波長(cháng)變化間的關(guān)系.通過(guò)振動(dòng)實(shí)驗，得到了在不同阻尼下光纖光柵加速度計的幅頻特性，其可用幅頻帶寬為1～45 Hz.另外，通過(guò)其橫向特性實(shí)驗抗干擾能力達40 dB.光纖光柵加速度傳感器結合自身的強抗電磁干擾特性，可有效代替磁電式振動(dòng)傳感器實(shí)現發(fā)電機組的振動(dòng)測量.