基于等强度悬臂梁的光纤Bragg光栅低频加速度传感器.pdf

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1、2010焦仪表技术与传感器2010第4期InstrumentTechniqueandSensorNo．4基于等强度悬臂梁的光纤Bragg光栅低频加速度传感器李川，罗忠富，李英娜，万舟，陈焰，许晓平，许江淳(昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650051)摘要：由于粘贴于等强度悬臂梁的光纤Bragg光栅受振动质量块驱动而产生应变，一种光纤Bragg光栅低频加速度传感器被研制和定义为基座运动引起的单自由度系统的受迫振动模型。模型计算表明该加速度传感器的固有频率为16．96Hz．固定于激振器的光栅加速度传

2、感器受正弦激励。加入硅油后，光栅加速度传感器的频响范围从原来的3—11Hz增大为3—22Hz．试验结果表明：当激励振动频率接近系统固有振动频率时，阻尼系统决定了传感器的工作范围。然而，由于悬臂梁的粗端固定在基座上，传感器的频响受限于悬臂梁的固有频率。关键词：光纤光学；光纤Bragg光栅；等强度悬臂梁；振动质量块；加速度传感器；固有频率；频率响应中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2010)04—0OO4—02FiberBraggGratingLowFrequencyAccele

3、rometerwithUniformStrengthCantileverBearnLIChuan，LUOZhong—fu，LIYing—na，WANZhou，CHENYan，XUXiao—ping，XUJiang—chun(FacultyofInformationEngineeringandAutomation，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming，650051，China)Abstract：BecausethestrainoffiberBraggg

4、ratingmountedontheuni~rmintensitycantileverisexcitedbythevibrationmass，afiberBragggratinglow~equencyaccelerometerisdevelopedanddefinedbytheforcedvibrationmodelofsingle—modesys—terndrivenbythebase．Themathematicalmodelindicatesthatthenatural~equencyofacceler

5、atorisfn=16．96Hz．FixedontheKDJ一2simulator，thefiberBragggratingacceleratorissuferedbythesinestimulation．Mterenteringsiliconoil，therangeof~equencyresponseisbroadenedfrom3—11Hzto3—22Hz．Theexperimentofsinestimulationindicatesthattheoperationrangeofsensorisdeci

6、dedbythedampedsystemwhenthestimulationfrequencyisclosetothenatural~equency．However，the~equen—cyresponseislimitedbythenaturalfrequencyofcantileverbecausethethickendofcantileverisfixedonthebase．Keywords：fiberoptics；fiberbragggrating；uniformstrengthcantilever

7、beam；vibrationmass；accelerometer；natural~equency；~equeneyresponse0引言一一㈩低频振动广泛存在于大型建筑结构、桥梁工程和工程地震监测等领域，是工程技术中高度重视的测量参量。。由于电式中：E、h、1和B分别是悬臂梁的弹性模量、厚度、长度和宽度；F为梁的应力，F=EBh2s；。为梁自由端的挠度，。。(￡)=i12磁干扰、电压冲击、水汽腐蚀等问题，具有物性优势和波长编码式绝对测量的光纤加速度传感器发展起来了。文中利用。。即振动质量块在振动方向上相对基

8、座的运动位移：粘贴于等强度悬臂梁的光纤Bragg光栅响应质量块振动产生的l(t)=0(t)一I(t)(2)应变效应，研制出了一种光纤Bragg光栅低频加速度传感器。式中：。(t)为基座振动的绝对位移；(t)为质量块的绝对位1等强度悬臂梁式光纤Bragg光栅加速度传感器的设计移。一支光纤Bragg光栅沿悬臂梁表面的中轴线粘贴，悬臂梁的粗端固定于支承载体，细端固定了一个检测质量块。如图1所示的光纤Bragg光栅传感器