基于频率调制的光纤加速度计的研究

发布时间：2017-05-23 08:24

  本文关键词：基于频率调制的光纤加速度计的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光纤加速度计本质上是一种光纤传感器,用来测量物体的加速度。无论是在汽车工业,航天领域还是军工等方面,对加速度的准确测量很多时候都起着决定性的作用。而光纤加速度计正可以满足此类需求。相比于常见的电子类和机械类的加速度计,光纤加速度计具有着抗电磁干扰能力优越、质量轻体积小、耐水、耐高温、耐腐蚀、传输损耗小、传输容量大、响应速度快等优点,几乎满足了我们对加速度计的所有要求和标准。这种得天独厚的优势使其自1980年被首次提出以来便得到了广泛关注,发展迅速,直至今日,其种类样式已经达到了上百种。光纤加速度计的基本原理是：利用惯性空间中质量为M的质量块,使其做变速运动,使传感器感知其作变速运动时产生的惯性力或位移,测量出此惯性力或位移即可测量出相应的加速度。但是,光纤加速度计仍然存在着许多需要在今后攻克的问题,主要有：稳定性易受光源功率影响；最常用的相位解调方法可能会因为灵敏度太高而易受环境干扰；有些性能较好的光纤加速度计却因为成本高而无法投入生产；通常经过测量得到是一个平均加速度,而有时我们更需要瞬时加速度。本文提出的基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计是在相位调制型光纤加速度计的基础上巧妙将相位变化转化为频率变化,使得整个系统都受到频率的调制。针对光纤加速度计存在的问题做了一定的调整和改进,并从理论和实验上都进行了分析和验证。本文的内容主要分为以下四个部分。第一章主要介绍了光纤传感器的技术原理和发展现状,包括其分类、应用和不同类型传感器所具有的不同特点。之后,对光纤加速度计的国内外研究现状进行了详细的说明,并总结出了现有光纤加速度计存在的问题。提出了本位所研究的频率调制型迈克尔逊光纤加速度计的研究创新点。第二章对光纤光学进行了详细介绍,主要包括光纤的结构、分类及特点,全反射定律在光纤中的应用,利用公式推导了光波在光纤中的传输特性以及干涉特性,从光弹效应、泊松效应等方面介绍了光纤的应变效应。为后文提供了强有力的理论基础。第三章详细阐述了光纤加速度计的原理及相关的理论基础。对光纤加速度计进行了分类并着重介绍了迈克尔逊光纤加速度计的原理和发展。通过理论推导,得到了光纤迈克尔逊干涉仪的输出光强与干涉光波相位差的公式,为下一章的研究奠定了基础。第四章主要对基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计进行了理论分析和实验研究。提出了频率调制型的光纤加速度计以及一种新的敏感元件的设计。根据光纤中光波干涉的理论和一些力学基础理论,导出了基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计的灵敏度以及加速度与调制频率之间的理论公式,并用实验进行了验证。在此基础上,又设计了一种网状光纤敏感元件,推导了其灵敏度与调制频率之间的关系,并打算在下一步工作中进行实验验证。
【关键词】：光纤光学 光纤传感器 光纤迈克尔逊干涉仪 光纤测量
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824.4
【目录】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 光纤传感技术简介9-13
• 1.2.1 光纤传感器的工作原理9-10
• 1.2.2 光纤传感器的特点10
• 1.2.3 光纤传感器的分类10-13
• 1.3 光纤加速度计的国内外研究现状13-14
• 1.4 本文的创新点14-17
• 第二章 光纤光学简介17-27
• 2.1 光学纤维简介17-18
• 2.1.1 光纤的结构17
• 2.1.2 光纤的分类及特点17-18
• 2.2 全反射定律18-19
• 2.3 单模光纤中光波的干涉原理19-21
• 2.4 单模光纤中光波的传输原理21-23
• 2.5 光纤的应变效应23-26
• 2.5.1 光纤的应力应变效应23-25
• 2.5.2 光纤的温度应变效应25-26
• 2.6 小结26-27
• 第三章 光纤干涉仪的原理及相关理论基础27-33
• 3.1 光纤干涉仪的分类27-29
• 3.2 迈克尔逊光纤干涉仪的工作原理29-32
• 3.2.1 迈克尔逊干涉仪原理29-31
• 3.2.2 迈克尔逊光纤干涉仪31-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第四章 基于频率调制的迈克尔逊光纤加速度计33-49
• 4.1 加速度33
• 4.2 迈克尔逊光纤加速度计的频率调制原理33-34
• 4.3 敏感元件的结构设计和工作原理34-37
• 4.4 锁相放大器的工作原理37-38
• 4.5 实验结果的分析与讨论38-43
• 4.5.1 系统光波的输入与输出38-39
• 4.5.2 系统的灵敏度39-41
• 4.5.3 测量加速度的准确率41-43
• 4.6 网状敏感元件的理论设计与系统灵敏度推导43-46
• 4.7 本章小结46-49
• 全文总结与展望49-51
• 参考文献51-55
• 攻读硕士学位期间发表的论文55-57
• 致谢57

【参考文献】

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1 李国辉,徐得名,陈尧生;波长扫描法布里-泊罗光纤加速度计的研究[J];光学技术;2000年04期

  本文关键词：基于频率调制的光纤加速度计的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：387381