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1、一种三分量光纤加速度传感器A 3-component fiber-optic accelerometer,光纤传感器的优点 一维光纤加速度传感器的原理 三位光纤加速度传感器的原理 光纤加速度传感器工作的力学研究 光纤加速度传感器工作的光学研究 实验结果,光纤传感器的优点:不受电磁干扰体积小重量轻可挠曲灵敏度高耐腐蚀优良的电绝缘防爆性好易与微机连接,便于遥测等,光纤加速度传感器结构简图,芯轴式干涉型光纤加速度传感器的工作原理示意图,光纤加速度传感器原理,激光束通过分光板后分为两束光,透射光作为参考光束,当传感器感受加速度时,由于质量块M对光纤的作用,从而使光纤被拉伸,引起光程差的改变。相位改变的
2、激光束由单模光纤射出后与参考光束会合产生干涉效应。激光干涉仪的干涉条纹的移动可由光电接收装置转换为电信号,经过处理电路处理后便可正确地测出加速度值。,从激光器发出的光输入到保偏光纤耦合器C 中,并且在耦合器的两出纤端镀有反射膜,构成一个Michelson 光纤干涉仪,干涉仪的两光纤臂分别绕在两实心弹性柱体上,两弹性柱体间粘接有重物块M。在平行于柱体轴向振动的加速度作用下,重物块对两柱体分别施加以拉伸和压缩力,弹性柱体的轴向形变引起径向形变,引起所绕光纤的长度发生变化,进而在光纤干涉仪上产生相位差变化。当振动垂直于柱体轴向时,两柱体产生相同的形变,从而相位差变化为零。传感器所敏感的只是加速度在柱
3、体轴向上的分量,芯轴式干涉型光纤加速度传感器的工作原理,三分量的光纤加速度传感器,一维扩展到三维的做法：直接用三个一维光纤加速度传感器分 别测x、y、z 三个方向的加速度,然后将三个方向的一维光纤加速度传感器测得的加速度进行矢量合成对一维的结构进行改进,设计出三维一体的结构。,三分量加速度传感器的结构,1-3：三个相互正交的芯轴式传元件4：光纤耦合器5：包管6：光纤7：输入/输出光纤8：基础9：同轴圆柱10：弹性橡胶柱体11：质量块,(a)传感元件的转换原理图(b)传感元件的动力学模型,光纤加速度传感器的力学研究,系统的运动方程：,弹性橡胶柱纵向长度改变为：,加速度计型惯性接收：,设,则,当频
4、率低于传感器固有频率时，的值趋近于1。,光纤加速度传感器的力学研究,当阻尼比在0.6左右，在00.8之间时，响应波动的误差小于4%,光纤加速度传感器的力学研究,光纤加速度传感器的光学研究,通过力学研究我们找到了待测加速度与弹性橡胶柱长度改变之间的关系（），下一步需要分析这种改变引起的光的相位变化设绕在弹性橡胶柱上的光纤长度为l，光纤的折射率为n，则光相位改变的原因包括两个部分：光纤长度的改变 和光弹效应引起的光纤折射率的改变,光纤加速度传感器的光学研究,为了简化分析，假设弹性橡胶柱是顺变体，它在发生变形时保持体积不变。由这个假设有,展开上式并略去高阶小量得到,设N为光纤的缠绕匝数，则有光纤长度,光纤加速度传感器的光学研究,经过推导可以得到相位改变与待测加速度的传递关系为,式中C为一常数，与材料和传感元件的结构的参数有关上式表明相位的改变与待测加速度之间呈简单的线性关系。,实验结果,不同频率下沿轴和垂直轴方向的灵敏度,实验结果,三分量加速度传感器在三个正交方向上的响应,实验结果,三分量加速度传感器的长期响应,
