新型光纖光柵加速度傳感器的研究

隨著光纖通信技術(shù)和光纖傳感技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新興技術(shù)被應(yīng)用于傳統(tǒng)
工業(yè)當(dāng)中。近年來(lái)，基于光纖技術(shù)的加速度傳感器研究越來(lái)越受到專(zhuān)家學(xué)者的重
視。與傳統(tǒng)加速度計(jì)相比，光纖加速度傳感器具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，主要包括：抗
電磁干擾、體積小，質(zhì)量輕、動(dòng)態(tài)范圍大、高靈敏度和分辨率、易于植入材料內(nèi)
部，易于形成傳感網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)距離傳輸。目前在已報(bào)道的文獻(xiàn)中，光纖加速度傳感
器主要有以下幾種類(lèi)型：強(qiáng)度調(diào)制型、相位調(diào)制型、波長(zhǎng)調(diào)制型、偏振調(diào)制型。
本文的主要工作是對(duì)D型光纖Bragg光柵(D—FBG)和長(zhǎng)周期光纖光柵(LPFG)
的彎曲特性進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上完成基于光纖光柵加速度傳感器研究的實(shí)驗(yàn)與
分析。
D型光纖由于其結(jié)構(gòu)的非圓對(duì)稱(chēng)性，彎曲會(huì)改變D．FBG的中心波長(zhǎng)。本文
對(duì)D型光纖的模場(chǎng)分布、雙折射效應(yīng)進(jìn)行了仿真；對(duì)D．FBG的彎曲特性進(jìn)行了
分析。提出一種新型的基于D．FBG的加速度測(cè)量方案，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了理論
分析和試驗(yàn)測(cè)量，得到基于D．FBG的加速度計(jì)的靈敏度理論值和諧振頻率，分
別為611．86}m／g和4．96Hz。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度為563．671上e／g,最小
分辨力為1．15 X 10～g，可用來(lái)檢測(cè)低頻率、小幅值的加速度信號(hào)。
長(zhǎng)周期光纖光柵對(duì)彎曲具有敏感特性。我們利用紫外光曝光載氫光纖制作
LPFG，并實(shí)驗(yàn)分析了其彎曲特性。提出一種基于LPFG的加速度測(cè)量方案，試
驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：基于LPFG的加速度傳感器具有較高的靈敏度，其值為12．65nm／g。
最小分辨力為1．9×10一g，諧振頻率為28．9Hz。與我們實(shí)驗(yàn)上使用的采用D-FBG
的加速度計(jì)相比，靈敏度高出18．48倍。同時(shí)，我們提出一種新型的基于FBG
的LPFG波長(zhǎng)解調(diào)方案，該方案具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、易于復(fù)用等優(yōu)
點(diǎn)，對(duì)實(shí)際的工程應(yīng)用具有一定的參考意義。