光纤与光波导型振动传感器的研究

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近年来,随着地震的频繁爆发、海洋声呐探测以及石油勘探等技术的不断进步,振动传感器迅速成为世界范围内的研究热点,特别是光纤及光波导型的振动传感器,凭借其独特的优势,在海洋探测、机械振动探测等领域内得到了广泛的应用。通过对各种光纤、光波导型振动传感器,特别是对悬臂梁、微悬臂梁、锥形结构作为传感探头的这些振动传感器的调研,发现,用于声音探测振动传感器的前景依旧很宽广,而这些集成化、低成本化的传感器也越来越受人们的欢迎。因此,我们重点研究了悬臂梁式光纤、光波导型振动传感器在声音作为激励源的情况下的频谱响应特征。本文研究了悬臂梁、微悬臂梁、锥形光纤的加工方法,并对微悬臂梁和锥形光纤的加工进行了细致的实验,确定了飞秒激光在光纤及光波导内加工微悬臂梁的出射功率和扫描速度,以及用二氧化碳激光器拉锥光纤时的出射功率等参数。当在光纤内加工悬臂梁时,激光功率为1.67mW,扫描速度160μm/s比较合适,加工背面时,可以将扫描速度降低些。当在光波导内加工时,激光功率约2.68mW,速度控制在160到200μm/s之间。论文中,首先对悬臂梁的振动特性进行了理论分析,并用有限元软件PATRAN对不同尺寸的悬臂梁、锥形光纤进行了模态分析,得出前三阶振型函数和固有振动频率。主要取其一阶振动频率值作为我们实验的参考值,并对锥形光纤的传输模式进行了分析。实验中,我们用单一频率声源作为激励源,激励不同结构、不同尺寸的悬臂梁使它产生振动。用LABVIEW对其实时监测,并编写了MATLAB程序进行数据采集和分析,得出共振峰值和频谱响应范围。设计不同尺寸的悬臂梁从而得到不同频谱范围内的响应曲线,而具体可以根据实际要求设计尺寸。
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