【摘 要】
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在航空、航天、石油、海洋、桥梁、建筑等领域中亟待解决振动传感测量问题,以确保大型工程结构的安全性,然而目前常用的电磁类加速度传感器难以满足测量要求。光纤Bragg光栅(
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在航空、航天、石油、海洋、桥梁、建筑等领域中亟待解决振动传感测量问题,以确保大型工程结构的安全性,然而目前常用的电磁类加速度传感器难以满足测量要求。光纤Bragg光栅(FBG)传感器是近年来发展极其迅速的一种光纤传感器,它具有不受电磁干扰、灵敏度高、重量轻、结构紧凑等特点。研究以加速度为主的FBG振动传感技术具有十分重要的意义。本论文提出了一种基于等强度梁的FBG振动传感测量方案,并对该方案进行了理论分析及实验研究。论文的主要内容包括以下四方面:第一,简要介绍了常用的振动传感器和光纤传感器的特点以及FBG振动传感器的研究及发展现状。第二,概述了FBG的制作方法、传感原理和FBG传感器常用的波长解调方法,并详细分析了各种解调方法的优缺点。第三,设计了基于“凸”形截面梁和等强度梁的两种FBG振动传感方案,分别分析了两种梁的应变传感理论,并用ANSYS软件对“凸”形截面梁进行了优化设计和模态分析。在分析比较两种传感方案优缺点的基础上,最终确定了基于等强度梁的FBG振动传感方案。第四,实验研究了FBG应变、振动传感特性,并对实验结果进行了分析。在FBG应变传感实验中,先后将三种参数不同的FBG粘贴在梁的不同位置进行应变传感测量,再将双FBG分别粘贴在梁的上下表面以补偿温度变化对应变传感测量的影响。在此基础上,先后用单FBG和双FBG进行了振动传感实验研究。研究结果表明:采用单FBG时,振动系统的灵敏度为0.098pm/g,系统固有频率为113.2Hz,可测加速度的范围为10.193g~244.623g;采用双FBG的测量系统能够很好地对温度进行补偿,振动系统的灵敏度为0.196pm/g,系统可测加速度的范围为5.096g~254.816g。
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