光纤加速度传感器的分类

2021-10-21 15:33:3724

1、强度调制型

强度调制型加速度传感器是指通过调制光纤中传输光的强度从而达到测量加速度的目的,主要包含有透射式、反射式、偏振式等,其优点是结构较为简单、信号易于解调、成本相对低廉,缺点是精度不高。

(1) 透射式光纤加速 度传感器。

此类传感器的结构特点是利用光纤本身作为移动单元,加速度引起输出光纤振动导致耦合进入输出光纤的光量改变,从接收端检测到的光强即可反应出加速度值的大小。

(2)反射式光纤加速度传感器。

此类传感器在结构上与透射式的不同的地方在于多了一个反射镜,光纤与反射镜均可能作为运动元件。光纤轴线垂直于反射面安置的称为正镜式,光纤轴线不垂直于反射面安置的称为斜镜式。

(3)偏振式光纤加速度传感器。

这类传感器是利用光纤本身直接感知质量块的惯性而产生偏振态变化,从而导致输出光强的变化,藉此测量加速度。Tihon Pierre等人于2012年提出的基于光纤双折射的四种机械换能结构,分别是对光纤产生弯曲、挤压、拉伸和扭转作用的U型铝梁。当偏振光从该结构的单模光纤一端输入时,加速度引起光纤的变形从而导致激光偏振态的改变。从另外一端输出的偏 振光经过检偏器后通过光电二二极管来检测,不同的加速度大小对应不同的偏振态,即不同的接收光强。

 

 

2、相位调制型

相位调制型加速度传感器是指通过调制光纤中传输光的相位从而达到测量加速度的目的,主要包含有Michelson干涉式、Mach-Zennder干涉式、 F-P干涉式等,其优点是几何结构灵活多样,分辨率、灵敏度等性能指标都非常高,研究较为广泛。

(1) Michelson干涉式光纤加速度传感器。

F Peng等人于2012年设计了-种紧凑型的Michelson干涉型加速度计,利用了光纤本身的固有优势,使得传感器尺寸和重量都可以做的很小,重量块m用环氧树脂粘在了两根已经粘在一起的单模光纤的中间,光纤_上下端和周围用金属管和固体框架固定住。加速度的变化将会引起作为干涉仪两臂的光纤光程差的变化,通过解调相位变化即可获得相应的加速度大小,这种加速度传感器的灵敏度和频率响应可以分别做到0.42 rad/g和600 Hz。

(2) M-Z干涉式光纤加速度传感器。

陈柳华等人于2010年提出了-种基于光栅士1级干涉和相位载波(PGC)调制解调的光学加速度传感方案,与传统的M-Z干涉仪不同,这种结构并不是靠M-Z其中的-一个臂作为传感臂,而是以激光垂直入射的正弦振幅光栅作为传感元件。当在光栅平面内有垂直栅线方向的加速度作用在光栅上时,光栅产生相应位移,继而引起PD端干涉相位差的改变。M-Z的其中一臂通过PZT生成载波以提高相位解调精度,实验得到的系统误差为。

(3) F-P干涉式光纤加速度传感器。

QLin等人于201 1年提出的一种高分辨率加速度传感器结构,单模光纤端面镀半反膜,既做发射光纤又做接收光纤,固定在V形槽_上。光纤端面与固定在0.1 mm厚的不锈钢环状弹簧网中心0.8 mm厚的质量块上的硅微反射镜形成-一个F-P谐振腔。在V形槽与光纤固定支架之间装有-一个PZT,通过施加音频信号对腔长生成相位载波(PGC) 调制,腔长的变化与光纤轴向方向的加速度大小成线性关系。该结构的灵敏度为36dB每1 rad/g,谐振频率为160 Hz,横向灵敏度-1.8dB每1rad/g。

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