文档介绍：光纤振动传感器设计
一、研究背景
随着光纤和光电子器件技术研究的不断深入,光纤传感技术得到了迅速发展,其中,光纤振动传感器的出现已有20多年的历史。从上世纪70年代至今的几十年时间里,光纤传感技术得到了广泛的研究。近些年来,光纤传感器由于体小质轻、动态范围宽、响应快、精度高,具有抗电磁干扰、电绝缘和耐腐蚀性等优点,在许多领域都有广泛的应用。从光纤传感器研究至今,已可以探测很多物理量,如位移、温度、压力、流速、加速度、电压、电流、化学量和生物医学量等。光纤振动传感器就是其中的一种,它是测量振动信号的,由于振动信号在民用声波探测技术方面,特别是在现代国防军用领域方面是经常需要被探测的信号,因而光纤振动传感器的研究越来越受到各国相关科研人员的广泛重视,有着很好的未来发展前景。
二、研究意义
在我们的日常生活与工作中,振动是无处不在的,周围的各种现象时常都伴随着振动。如大型设备及建筑物的振动,交通工具的振动,仪器及仪表等设备的振动,以及自然环境造成的地震等自然现象的振动,等等。这些振动若发生异常,则会给我们的生活造成意想不到的危害,极大地影响了我们的生命安全。但若能了解设备结构振动的状态,得出它的一般规律,就可以通过对振动信号的分析得出我们常见的设备故障。因此,一套功能全面的振动监测系统迫在眉急,通过对振动信号进行高质量的分析和测试,以确保设备、工程的安全进行,避免振动事故的发生,对经济及社会有重大的意义。
目前的振动测试主要是以传统的机械振动测试为基础,采用电磁类传感器组成的振动测试系统进行工作,存在着灵敏度低,频带范围窄,抗干扰能力差,不能满足现在大型结构监测的要求。与传统的电类振动传感器相比较,光纤振动传感器具有动态范围宽、灵敏度系数大、抗干扰,能实现长期实时在线测量的优点,其应用前景广泛。
三、研究目的
光纤振动传感器由于具有探测距离长、响应速度快、灵敏度高,特别是自身不辐射电磁波也不受电磁干扰等优点,已经在安防监控等领域得到了广泛的应用。
目前,干涉型传感器主要基于以下几类技术:Sagnac 干涉技术、M-Z (Mach-Zehnder ) 干涉技术、Michelson 干涉技术和Fabry-Peort 干涉技术。其中M-Z 干涉技术主要用来做振动检测,但这种技术在做振动检测时无法判断振动事件发生的位置,这给安防监控应用带来了诸多不便。为此本文在M-Z 干涉技术的基础上,设计了一种新型定位式光纤振动传感器,该传感器可对振动事件发生的位置进行判断定位。
四、研究内容和拟解决的关键问题
光纤传感器的特点和工作原理
光纤振动传感器的基本原理;
设计光纤振动传感器,实现声音频谱范围振动的测试。
(拟解决)
1、光纤振动传感器的创新;
2、如何解决测量时的外界干扰问题;
3、材料的选购和实验模型的搭建。
五、本课题的研究提出的初始方案
5. 1 系统结构
定位式光纤振动传感器是在现有M-Z 干涉原理的基础上提出的,其结构如图1 所示。它依靠光缆中3 根等长的光纤A 、B 和C(其中A、B 作为单个M-Z 干涉仪的两个干涉臂, C 作为传输光纤) 形成两个对称的干涉仪。当外界振动信号作用于干涉臂A 、B时,一组光向左经耦合器2产生干涉后到达探测器1 ,另一组光向右经耦合器3 产生干涉后经