新型光纖光柵加速度傳感器的研究

隨著光纖通信技術和光纖傳感技術的迅猛發(fā)展，許多新興技術被應用于傳統(tǒng)
工業(yè)當中。近年來，基于光纖技術的加速度傳感器研究越來越受到專家學者的重
視。與傳統(tǒng)加速度計相比，光纖加速度傳感器具有其獨特的優(yōu)點，主要包括：抗
電磁干擾、體積小，質(zhì)量輕、動態(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)絡和遠距離傳輸。目前在已報道的文獻中，光纖加速度傳感
器主要有以下幾種類型：強度調(diào)制型、相位調(diào)制型、波長調(diào)制型、偏振調(diào)制型。
本文的主要工作是對D型光纖Bragg光柵(D—FBG)和長周期光纖光柵(LPFG)
的彎曲特性進行研究，在此基礎上完成基于光纖光柵加速度傳感器研究的實驗與
分析。
D型光纖由于其結構的非圓對稱性，彎曲會改變D．FBG的中心波長。本文
對D型光纖的模場分布、雙折射效應進行了仿真；對D．FBG的彎曲特性進行了
分析。提出一種新型的基于D．FBG的加速度測量方案，對測量系統(tǒng)進行了理論
分析和試驗測量，得到基于D．FBG的加速度計的靈敏度理論值和諧振頻率，分
別為611．86}m／g和4．96Hz。試驗數(shù)據(jù)表明測量系統(tǒng)的靈敏度為563．671上e／g,最小
分辨力為1．15 X 10～g，可用來檢測低頻率、小幅值的加速度信號。
長周期光纖光柵對彎曲具有敏感特性。我們利用紫外光曝光載氫光纖制作
LPFG，并實驗分析了其彎曲特性。提出一種基于LPFG的加速度測量方案，試
驗數(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。與我們實驗上使用的采用D-FBG
的加速度計相比，靈敏度高出18．48倍。同時，我們提出一種新型的基于FBG
的LPFG波長解調(diào)方案，該方案具有成本低、結構簡單、響應快、易于復用等優(yōu)
點，對實際的工程應用具有一定的參考意義。