三分量光纤加速度传感器探头设计进展.pdf

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1、2012年彳第^^3l卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)综述一评{)e论v三分量光纤加速度传感器探头设计进展侯跃峰，路智敏，张文涛，李芳(1．内蒙古工业大学化工学院，内蒙古自治区呼和浩特010051；2．中国科学院半导体研究所光电系统实验室，北京100083)摘要：综述了三分量光纤加速度传感器探头研究的工作进展，介绍了三分量光纤加速度传感器的设计思路，重点阐述了不同原理和结构的探头设计方案，并对其中的关键技术参数进行了评价，最后对三分量光纤加速度传感器的发展进行了总结和展望。关键词：三分量；光纤加速度传感器；结构设计

2、中图分类号：TN247文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)08-0001-04Designdevelopment0fprobe0fthree-componentfiber-opticaCCeleran0nSenS0rH0UYue．feng，LUZhi．min。ZHANGWen．tao，LIFang(1．SchoolofChemicalEngineering，InnerMongoliaUniversityofTechnology，Hohhot010051，China；2．OptoelectronicSystemLaboratory，InstituteofSemic

3、onductors，ChineseAcademyofSciences，Beijing100083，China)Abstract：Theresearchdevelopmentofthree—component(3C)fiber—opticaccelerationsensorprobeisreviewed，thedesignideaof3Cfiber—opticaccelerationsensorispresented，sensorprobedesignschemeofavarietyofprinciplesandstructuresarefocusedandthekeyspecif

4、icationsareevaluated，thedevelopmentaresummarizedandprospected．Keywords：three—component(3C)；fiber—opticaccelerationsensor；structuredesign0引言传感器的结构原理，共用一个质量块进行三分量扩展，然后随着科学技术的迅猛发展，在许多领域，如航空航天制将同步、共点测得的3个轴向加速度进行矢量合成，从而得导、水下目标探测、地震波监测等，都需要应用三分量加速到空间加速度信息。度信息，从而相应地提出了对三分量加速度传感器的需求。基于上述设计思路，目前三分量光纤加

5、速度传感器探目前，已有许多基于压电、压阻、电容、应变等检头主要分为三分量分体型和三分量一体型2种结构类型，测机理的三分量加速度传感器报道，技术较为成熟。但在其中三分量一体型报道较多。一些特殊环境，如电磁干扰、水下、远程传输等，光纤加速度1．1三分量一体型传感器具有抗电磁干扰、不怕水、耐腐蚀、质量轻等诸多优1．1．1顺变柱体型点，与传统三分量加速度传感器相比具有明显优势。顺变柱体型结构是目前使用较为普遍的一种结构形本文对三分量光纤加速度传感器探头设计进行了分类式，分为单臂缠绕式、对称推挽式、内部空心式。此类型传与总结，并对其中的关键技术参数进行了评价。感器基于Michelson干涉

6、仪原理，采用相位调制，灵敏度较1研究进展高，制作技术相对成熟，研究设计较为广泛。但由于顺变柱三分量光纤加速度传感器可基于相位调制、波长调制、体材料本身各向同性，为保证灵敏度力顺较大，灵敏度交叉强度调制等传感原理。其设计思路主要分为2种：一种是串扰现象严重，因此，需要采用特殊结构限制才能使得设计将3个单分量光纤加速度传感器分别固定于空间轴、满足要求。Y轴、轴，然后将测得的3个轴向加速度进行矢量合成，从如图l(a)是顺变柱体型传感器普遍采用的结构形式，而得到空间加速度信息；另一种是基于单分量光纤加速度通常将6个顺变柱体垂直安放，传感臂光纤缠绕在一端顺收稿日期：2011—11-02．基

7、金项目：国家自然科学基金资助项目(41074128，61077059)；北京市科技新星计划资助项目(2010B055)2传感器与微系统第31卷变柱体上，参考臂光纤缠绕在相对端的顺变柱体上或者收于传感器内部。质量块感受加速度，迫使顺变柱体发生轴向形变进而导致外径变化，同时传感光纤发生应力与长度变化，进而在光纤干涉仪上发生相位变化，再进入解调端即可获得加速度信息。如图1(b)，该结构为单臂缠绕式，结构简单，易于实(a1一体顺变柱体型传感器(b)单臂缠绕式现，但灵敏度指向性较差，且对柱