低頻光纖光柵加速度傳感器
低頻振動廣泛存在于生產(chǎn)實際中,其振動頻率一般在100Hz以下.如大型水輪發(fā)電機組的振動頻率都在15Hz以下;一般公路和鐵路橋梁振動的固有頻率在2~10Hz左右;工程地震脈動頻率一般在2~50Hz之間.對這些低頻振動的監(jiān)測常采用磁電式速度傳感器來拾取信號.但在強電磁場環(huán)境中,磁電式振動傳感器難以克服電磁場的干擾影響,因而其應(yīng)用也受到了限制.光纖光柵加速度傳感器是利用光纖光柵的應(yīng)變傳感機理來實現(xiàn)加速度的測量,并用光的波長變化測量加速度值,用光纖來傳輸傳感信號,集測量、傳輸于一體,因而具有強抗電磁干擾能力.
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/159704.htm1 光纖光柵的應(yīng)變傳感機理
根據(jù)光纖光柵的彈光效應(yīng)和彈性效應(yīng),當光纖光柵在縱向受到應(yīng)變時會引起布拉格波長的變化,其滿足以下關(guān)系:
式中,Pe為光纖光柵的有效彈光系數(shù),ε為光柵在軸向的應(yīng)變,λB為光纖光柵的布拉格波長,△λB為布拉格波長變化量.
公式(1)為光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳感機理光纖光柵加速度傳感器的設(shè)計是利用此機理來間接測量加速度物理量在傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計上利用懸臂梁的受力把加速度量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變量,從而轉(zhuǎn)化為布拉格波長的變化,通過檢測波長的變化即可實現(xiàn)加速度的測量.
2 光纖光柵加速度傳感器數(shù)學模型
圖1是光纖光柵加速度傳感器機械結(jié)構(gòu)簡圖,圖中懸臂梁一端固定在機座上,另一端放有質(zhì)量塊m,把光纖光柵兩端點粘貼在懸臂梁的固定端附近,有利于光柵在受力時應(yīng)變均勻.在測量物體振動時,把機座固定在振動源上,振動源與機座同時振動,從而引起質(zhì)量塊m的振動,在慣性力的作用下懸臂梁產(chǎn)生收縮和伸長,帶動光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變從而引起布拉格波長的變化,通過探測布拉格波長的變化來實現(xiàn)振動的測量.
以上光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)可以簡化為由集中質(zhì)量m、集中剛度k和集中阻尼c組成的二階單自由度受迫振動系統(tǒng),其振動力學模型如圖2所示.其中機座振動的位移是x,質(zhì)量塊m振動的絕對位移是xm,彈簧力為k(x-xm),阻尼力為.設(shè)在外力F的作用下機座作簡諧振動的位移是:
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