3 光纖光柵加速度傳感器特性研究

根據式(15)的光纖光柵加速度傳感器的數學模型，設計了固定頻率fn=67Hz的低頻光纖光柵加速度傳感器.彈性梁尺寸為L=80mm，h=1mm，b=5mm，材料選用碳纖維，彈性模量E=128GPa，質量塊m=8.8 g，布拉格光纖光柵在靜止狀態下的波長λB=1551.75nm，波長變化靈敏度80 pm·g-1，經過光電探測器轉化為電信號后的靈敏度為s=200mV.g-1.對傳感器的動態特性在ES-015振動臺上進行了實驗研究，圖3是在三種不同阻尼比ε時的幅頻特性實驗中給激振器旋加的加速度值為0.5g(g為重力加速度)，整個測量頻帶是0～100Hz.從圖中可以看出：在l～45 Hz以下是加速度計的幅值平坦區，在45～65Hz是共振區，在65Hz以上是衰減區，所以選用1～45Hz作為其工作區;在共振區內加速度計的特性也與阻尼有關，隨著阻尼比的增加振動幅值呈下降趨勢，同時共振頻率也向低頻偏移，但阻尼比對幅值的影響比較顯著一些，所以通過選用適當的阻尼可以改變加速度計的共振區特性，防止其工作在共振區時由于幅值過大引起傳感器損壞.通常阻尼選在O.707附近，這與其他振動傳感器是相同的.

對單自由度的低頻光纖光柵加速度計來說，橫向抗干擾特性也是一項重要指標.實驗在加速度計的測振方向以及與其垂直的側向分別加0.5g的加速度，在5～45 Hz的頻帶范圍內對兩個方向的振動值進行了對比，測量結果如圖4所示.從圖中可以看出，在加速度計的測振方向激振時加速度計測量輸出維持在100 mV 附近，而在與測振垂直方向激振時輸出在1～4mV范圍內，其橫向抗干擾能力達40 dB.可見此種設計方案可以有效降低橫向干擾的影響.

4 結論

設計了低頻光纖光柵加速度傳感器通過對其力學模型分析，建立了光纖光柵加速度傳感器的數學模型，得到了傳感器的加速度和光纖光柵波長變化間的關系.通過振動實驗，得到了在不同阻尼下光纖光柵加速度計的幅頻特性，其可用幅頻帶寬為1～45 Hz.另外，通過其橫向特性實驗抗干擾能力達40 dB.光纖光柵加速度傳感器結合自身的強抗電磁干擾特性，可有效代替磁電式振動傳感器實現發電機組的振動測量.