微型耐高温光纤法珀振动传感器设计与研究

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高温环境下物体振动的监测在航天航空、油气开采、化工生产等领域中广泛应用,而承力结构的热性能评估在这些领域中事关安全极其重要。在以往的研究中光纤法珀式的传感器已经证明在高温环境下具有应用前景,它们有抗电磁干扰,抗腐蚀,精度高的特点。本文旨在设计一种制备成本低、体积小的全石英光纤在线式高温振动传感器,能够嵌入物体内实现振动的直接测量,为将来光纤法珀传感器的设计提供必要参考。论文的主要内容包括:(1)本文提出了一种用于高温环境下进行振动测量的在线式光纤法珀传感器,通过在光纤上焊接不同内外径的石英套管构建了质量—弹簧—阻尼器系统实现高温下振动的直接测量。分别从传感器的光学解调设计、动力学设计以及热力学设计三个方面详细阐述了传感器的设计思路并进行了相应的仿真。(2)结合二氧化碳激光熔接机的图形化可编程模块精确控制马达与激光,分别完成了传感器法珀腔的制备、质量块系统的集成以及封装外壳的焊接。实现了传感器的高效率加工,具有很高的一致性,是一种批量化制造的方法。(3)搭建了高温振动的测试平台,测试结果表明,本文中制备的在线式光纤振动传感器具有165Hz的共振频率,灵敏度为11.57mv/g,非线性度为2.06%,它的温度系数为0.84pm/℃。传感器的径向直径不超过500μm,并且在500℃的高温下性能稳定工作正常。
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