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基于多次反射结构的光纤加速度计增敏技术研究 |
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【摘要】：在光纤加速度计中,相位灵敏度和谐振频率之间存在制约关系,在保障工作频带的条件下难以有效地提高加速度相位灵敏度。近年来在一些重要测量领域对加速度计提出了小型化要求,基于MEMS技术的F-P腔加速度计是目前小型化研究的热点之一,但现有的各种增敏措施均难以提高相位灵敏度限制条件,因此,需要寻求一种新的增敏技术方案。本论文基于梁结构加速度计性能分析结果提出了灵敏度约束条件,计算了弹性柱体结构加速度计的灵敏度约束常数,提出了基于多次反射结构的增敏方案。对该方案性能指标的分析中得到了加速度探头的反射次数等光学参数以及弹性柱体内径等弹性参数对相位灵敏度和谐振频率的影响,并利用一维光纤加速度计实验验证了该增敏方案,对基于MEMS技术的微型F-P腔加速度计的灵敏度设计提供了一定的参考。论文取得的主要成果如下:1.基于梁结构加速度计性能分析得到了灵敏度约束条件,仿真分析了探头结构参数以及反射介质表面反射率、反射次数及探头损耗等光学参数对加速度灵敏度和谐振频率的影响,为优化设计探头结构提供了有效的参考指标。2.提出了基于空间光多次反射的加速度增敏方案,对该方案进行了理论分析和仿真。结果表明,通过增加光束在探头中的反射次数,可以在保障系统工作频带的条件下有效地提高相位灵敏度,且相位灵敏度的提高和反射次数的增加成正比。3.研制了反射次数分别为1次、10次和11次的一维加速度计探头,实验测得了各探头的相位灵敏度频率响应。结果表明,对于用推挽式结构固定的单臂式加速度计,反射次数为1次、10次和11次的探头在80~800Hz频带范围内的相位灵敏度分别为-7~-5d B、12~14d B、13~15d B re 1rad/g,谐振频率均在1700Hz附近。该结果说明利用空间光多次反射的增敏方案,可以在保障系统工作频带的条件下通过增加反射次数有效提高系统的加速度灵敏度。
【关键词】：光纤传感 加速度计 多次反射 相位灵敏度 谐振频率
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH824.4
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