小型化光纤激光加速度计研究

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光纤激光传感器除了具有普通光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器结构简单、尺寸小、抗电磁干扰、易于波分复用等优点之外,还具有单频、窄线宽、超低噪声等独特优点,结合相干解调技术,能够实现超高灵敏度的信号探测,在微弱信号探测方面有巨大优势,在地震预报、安全监测和石油勘探等领域都有着广阔的应用前景。光纤激光加速度计以线型腔光纤激光器作为敏感元件。在这种加速度计中,光束在谐振腔内多次往返振荡通过,使得谐振腔长度变化产生的微小相位漂移会不断累加。相对于干涉型光纤加速度计,光纤激光加速度计在同等的灵敏度下,体积更小、复用结构更简单,因此是实现小型化甚至微型化光纤加速度计的理想技术方案。本文主要针对小型化光纤激光加速度计的设计、封装和加速度响应特性进行研究。以谐振腔长度小于10mm的超短线型腔光纤激光器为基础,分析研究了几种加速度计封装结构的特点、加速度灵敏度及谐振频率等参数指标,设计出最适于封装的结构;实验制作了两种规格的小尺寸光纤激光加速度计,并对其加速度响应特性进行了实验研究。本文的主要创新点如下:1.设计了一种薄壳型单柱体芯轴式的加速度计封装结构,以谐振腔长度为6mm的线型腔光纤激光器为核心器件,制作了尺寸为Φ24×38mm的光纤激光加速度计,初步实现了小型化封装设计。2.实验测试结果表明,所制作的光纤激光加速度计加速度灵敏度为17.5 dB re rad/g,在20Hz至1000Hz测试频段内波动仅为0.95dB,最大交叉串扰为-30dB@80Hz。
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