【摘 要】
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近年来,光纤光栅凭借其抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、体积小等诸多优点,在传感领域占据重要地位。基于光纤光栅的各种振动传感器广泛应用在航天航空、电力电网、大型机械结构健康监测等领域。为满足高灵敏度、易解调、低成本的光纤光栅振动传感器的需求和实际应用,研究不同增敏结构、特殊封装方式以及利用特种光纤光栅制作光纤光栅振动传感器依然是当前国内外的研究热点。极大倾斜光纤光栅（Excessively Tilte
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近年来,光纤光栅凭借其抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、体积小等诸多优点,在传感领域占据重要地位。基于光纤光栅的各种振动传感器广泛应用在航天航空、电力电网、大型机械结构健康监测等领域。为满足高灵敏度、易解调、低成本的光纤光栅振动传感器的需求和实际应用,研究不同增敏结构、特殊封装方式以及利用特种光纤光栅制作光纤光栅振动传感器依然是当前国内外的研究热点。极大倾斜光纤光栅（Excessively Tilted fiber grating,ExTFG）作为特种光纤光栅的一种,相比于传统光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）和长周期光纤光栅（Long period fiber grating,LPFG）,其具有极低的温度交叉敏感效应,在振动传感领域更具优势。本文以提升ExTFG振动传感器的性能、拓展其测量范围为研究目标。设计了两种不同类型的基于反射型ExTFG的振动传感器,并对两种传感器的理论力学模型进行分析,结合ANSYS有限元分析软件对两种传感器进行模态分析,最后采用强度解调的方式进行了两种传感器振动传感特性的实验研究。具体研究内容如下:（1）首先介绍了ExTFG的相关耦合模理论,对光谱响应特性进行理论分析;其次,对ExTFG的应变、弯曲、振动传感特性进行分析;最后分析了振动传感器力学模型,从理论上分析了以不同结构作为振动传感器换能元件的可行性。（2）研究了一种反射型ExTFG悬臂梁振动传感器。首先通过对传感器振动传感特性的理论分析,从理论上分析了反射型ExTFG悬臂梁测量振动信号的可行性;其次利用ANSYS有限元分析软件对传感器模型进行模态和振动形态分析;最后制作了反射型ExTFG悬臂梁振动传感器,并进行了实验研究。研究结果表明:可通过改变传感器自由端的长度调节传感器的固有频率和幅频响应;同时,该传感器具有良好的线性响应特性和动态响应特性,相比于透射式的ExTFG等强度悬臂梁振动传感器而言,其最大加速度灵敏度提高了～2.5倍,其TE模和TM模分别达到0.3V/g和0.26V/g。（3）研究了一种基于对称柔性铰链的ExTFG振动传感器。首先对其工作原理进行理论分析;其次利用ANSYS有限元分析软件对传感器模型进行模态分析,传感器固有频率值与理论计算值趋于一致;最后对该传感器的振动响应特性进行了实验研究。实验结果表明:该传感器的固有频率780Hz,幅频响应的平坦区域为50-400Hz,此外加速度具有良好的线性响应,TE/TM模式的线性加速度灵敏度分别为302.89m V/g和257.08m V/g。在1g加速度下,平坦区域（50-400Hz）的SNR大于50d B。
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