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20~1 250 Hz光纤激光加速度传感系统设计

顾宏灿 黄俊斌 程玲 杨光 毛欣

顾宏灿, 黄俊斌, 程玲, 杨光, 毛欣. 20~1 250 Hz光纤激光加速度传感系统设计[J]. 中国光学(中英文), 2017, 10(4): 469-476. doi: 10.3788/CO.20171004.0469
引用本文: 顾宏灿, 黄俊斌, 程玲, 杨光, 毛欣. 20~1 250 Hz光纤激光加速度传感系统设计[J]. 中国光学(中英文), 2017, 10(4): 469-476. doi: 10.3788/CO.20171004.0469
GU Hong-can, HUANG Jun-bin, CHENG Ling, YANG Guang, MAO Xin. 20-1 250 Hz fiber laser acceleration sensing system[J]. Chinese Optics, 2017, 10(4): 469-476. doi: 10.3788/CO.20171004.0469
Citation: GU Hong-can, HUANG Jun-bin, CHENG Ling, YANG Guang, MAO Xin. 20-1 250 Hz fiber laser acceleration sensing system[J]. Chinese Optics, 2017, 10(4): 469-476. doi: 10.3788/CO.20171004.0469

20~1 250 Hz光纤激光加速度传感系统设计

doi: 10.3788/CO.20171004.0469
基金项目: 

海军工程大学科研基金项目 201300000583

详细信息
    作者简介:

    顾宏灿(1980-), 男, 江苏靖江人, 博士, 讲师, 主要从事光纤传感、光电测试等方面的研究。E-mail:tanktomb@163.com

    黄俊斌(1965-), 男, 湖南湘潭人, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事光纤水听器、船舶结构安全光纤传感监测、光电测试等方面的研究

    通讯作者:

    黄俊斌, E-mail:tsyj98@163.com

  • 中图分类号: TN253

20-1 250 Hz fiber laser acceleration sensing system

Funds: 

Science Foundation of University of Navy Engineering 201300000583

More Information
  • 摘要: 为了实现高灵敏度、宽频响应的光纤型加速度传感器,以光纤激光器作为加速度传感器的传感元件,建立了光纤激光加速度传感系统,并对该系统的传感原理、灵敏度和谐振频率等性能进行了分析和实验。采用竖直式加速度传感器结构,结构中的传感组件主要由质量块和中空的细钢管组成,光纤激光器受预应力作用后粘接在钢管内部,在加速度作用下,钢管产生的应变引起光纤激光器的应变和折射率发生改变,导致光纤激光器的出射波长随之发生改变,然后使用干涉解调技术检测出波长的动态变化,即可获得波长中包含的加速度振幅和频率信息。实验结果表明,在20~1 250 Hz频段内,竖直式光纤激光加速度传感器的灵敏度约为-126.2 dB[参考值1 rad/(μm/s2)],频响曲线的波动幅度在±1.9 dB范围内,加速度响应动态范围为77.46~170.26 dB[500 Hz频点,参考值1 μm/(s2·Hz1/2)],加速度分辨率优于0.01 m/s2

     

  • 图 1  DFB光纤激光器结构示意图

    Figure 1.  Configuration of DFB fiber laser

    图 2  光纤激光加速度传感系统示意图

    Figure 2.  System configuration of fiber laser acceleration sensor

    图 3  敏感元件的网格模型

    Figure 3.  Grid model of sensitive element

    图 4  传感器敏感元件的频响曲线

    Figure 4.  Frequency response curve of sensitive component of sensor

    图 5  光纤激光加速度传感器

    Figure 5.  A fiber laser acceleration sensor

    图 6  光纤激光加速度传感器测试实验系统

    Figure 6.  Test system of fiber laser acceleration sensor

    图 7  振动频率500 Hz时解调仪的输出信号

    Figure 7.  Output signal of interrogator when vibration frequency is 500 Hz

    图 8  光纤激光加速度传感器线性度

    Figure 8.  Linearity testing result of fiber laser acceleration sensor

    图 9  光纤激光加速度传感器的加速度灵敏度频响曲线

    Figure 9.  Acceleration sensitivity frequency response cur-ves of fiber laser acceleration sensor

    图 10  光纤激光加速度计的一阶振型图

    Figure 10.  First-order mode of fiber laser accelerometer

    图 11  光纤激光加速度传感器输出信号的噪声功率谱密度级

    Figure 11.  Noise power density of output signal of fiber laser acceleration sensor

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-06
  • 修回日期:  2017-04-10
  • 刊出日期:  2017-08-01

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