一种高灵敏度FBG加速度传感器设计与仿真.pdf

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1、第26卷第5期传感技术学报V0l_26No．5CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMay20132013年5月AHigh-SensitivityFiberGratingAccelerationSensorDesignandSimulationJIAShuhong，WANGXiaoyu，WANGKan(1．Z^angCollegeofConstruction，Hangzhou311231，China；2．AconBiotech(Hangzhou)，lnc，Hangzhou310023，China3．Chongqin

2、gResearchInstituteo，ChinaCoalTechnology&EngineeringGroupCorporation，Chongqing400039，China)Abstract：Usingthecantileverwiththeboosterblockstructure，DesignedahighsensitivityoffiberBragggratingae—celerometer，bothendsofthegratinggatewerefixedbetweenthecantileverandtheboosterblock，

3、itimprovedthesensitivityofthesensorandavoidtheemergenceofthechirpormultiplepeaksphenomenon，designandcalculationofthemechanicalmodelisderived；Ithadcompletedthedesignofsensoroverloadsafetyprotection，gratingpre—stretchdesignandSOon；Thestraindistributionofthecantileverandsixorder

4、natural~equeneywereobtainedusingfiniteelementanalysis，analysisresultstobeprovedisconsistentwiththedesigncalculations．Keywords：fiberbragggrating；accelerationsensor；sensitivity；natural~equencyEEACC：7210；7230Edoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2013．05．010一种高灵敏度FBG加速度传感器设计与仿真球贾淑红h，王晓宇，

5、王侃。(1．浙江建设职业技术学院，杭州311231；2．艾康生物技术(杭州)有限公司，杭州310023；3．中煤科工集团重庆研究院，重庆400039)摘要：采用悬臂梁与垫高块结构，设计了一种高灵敏度的光纤光栅加速度传感器，光栅栅区两端固定在悬臂梁与垫高块之间，提高了传感器的灵敏度，避免了出现啁啾或多峰现象，推导了设计计算的力学模型；对传感器进行了过载安全保护设计、光栅预拉伸设计等；采用有限元分析计算得出了悬臂梁应变分布情况及6阶固有频率，证明分析结果与设计计算吻合。关键词：光纤光栅；加速度传感器；灵敏度；固有频率中图分类号：TP212．1文献标识

6、码：A文章编号：1004—1699(2013)05—0643—04利用光纤光栅封装制成传感器用于大型建筑物敏度提高；合理增加系统阻尼可以使传感器有较宽的在线结构检测，在国内外已有许多这方面的研究的频响(零点几Hz到几Hz_5)振动测试的需要。及应用。国内很多高校和科研单位，从不同的角度主要原因是传感器结构不合理，如采用悬臂梁结构，对FBG加速度传感器的设计提出具体的探讨和研因光纤光栅栅区直接粘贴在悬臂梁表面，悬臂梁振究¨J，原理多是由悬臂梁提供弹性力，这样的设计动带动光纤光栅变形时，易使光纤光栅产生啁啾或易产生啁啾或多峰现象致使测试不准，灵敏度低

7、。多峰现象造成测试不准，且振动信号偏小(弱)，灵因为测试灵敏度低，并不能很好的满足土木工程低敏度低；_6另外，没有设计系统阻尼，由于系统阻尼频(一般固有频率的20％)，且工作时自由振动衰减小，造成传感器工作范围窄，上限工作频率约为无阻缓慢，影响传感器工作性能。同济大学孙汝蛟在尼范围，上限工作频率约为无阻尼固有频率的2005-2006年设计开发了“土木工程用光纤光栅低80％，且幅值和相位失真均较小，并且由于附加人工频振动传感装置”一一光纤布拉格光栅(FBG)加速阻尼的存在，延长了传感器的使用寿命。本文针对度传感器_3J，光纤光栅两端直接固定在外壳上

8、，避目前光纤光栅加速度传感器存在的问题，提出一种免了栅区粘贴带来的光纤光栅反射波啁啾或多高灵敏度、测试准确、寿命长且适合土木工程运用的峰