基于光纖傳感技術(shù)的振動(dòng)解調(diào)系統(tǒng)及其應(yīng)用.pdf

1、自20世紀(jì)以來(lái)振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，主要經(jīng)歷了機(jī)械式、電氣式、光學(xué)式三個(gè)階段，目前電氣式振動(dòng)傳感器因?yàn)榫哂屑夹g(shù)成熟、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，但電氣式傳感器需要進(jìn)行絕緣處理，容易受到電磁干擾，難以達(dá)到安全生產(chǎn)的目的，因此在一些高電壓、大磁場(chǎng)等惡劣條件下（例如電廠）傳統(tǒng)的檢測(cè)方法的應(yīng)用受到諸多限制。與此同時(shí)，光纖傳感器因?yàn)榫哂袦y(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣、傳輸容量大、本質(zhì)安全、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)代表了新型傳感器的研究方向。鑒于此，本

2、文將光纖傳感技術(shù)和振動(dòng)檢測(cè)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)發(fā)了一種基于光纖傳感技術(shù)的振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。 本文主要做了以下幾方面的工作： 1）利用耦合模理論對(duì)光纖光柵傳感器的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，并建立了光纖光柵的溫度和應(yīng)變模型，制作了一種新型光纖光柵振動(dòng)傳感器，并搭建光纖光柵振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)傳感器的性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該光纖光柵振動(dòng)傳感器，固有頻率為250H，對(duì)10Hz～120HZ范圍內(nèi)的低頻振動(dòng)有較好的響應(yīng)，同時(shí)測(cè)得在60Hz振

3、動(dòng)頻率下，能探測(cè)到的最低振動(dòng)烈度為2μm，基本上滿(mǎn)足了風(fēng)機(jī)振動(dòng)檢測(cè)項(xiàng)目的要求。 2）利用緩變非正規(guī)光波導(dǎo)的局部耦合模理論分析了光的耦合現(xiàn)象，推導(dǎo)出了耦合輸出與耦合長(zhǎng)度和折射率變化的數(shù)學(xué)關(guān)系。分析了振動(dòng)對(duì)耦合輸出的影響，并以單模光纖耦合器為傳感元件設(shè)計(jì)了耦合型低頻光纖振動(dòng)傳感器和耦合型高頻振動(dòng)傳感器進(jìn)行了試驗(yàn)研究。在耦合型低頻光纖振動(dòng)傳感器和光纖光柵振動(dòng)傳感器的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)兩種傳感器對(duì)沖擊信號(hào)的響應(yīng)耦合型低頻振動(dòng)傳感器響應(yīng)速度較

4、快，光纖光柵振動(dòng)傳感器響應(yīng)速度稍慢但阻尼比較大、衰減較快；對(duì)30H～50Hz的周期性振動(dòng)響應(yīng)基本一致。在耦合型高頻振動(dòng)傳感器和壓電傳感器的對(duì)比試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)耦合型傳感器的響應(yīng)振幅略高于壓電傳感器，兩種傳感器對(duì)2KHz～6KHz的振動(dòng)響應(yīng)基本上是一致的。 3）設(shè)計(jì)了一整套光纖光柵振動(dòng)解調(diào)系統(tǒng)，詳細(xì)的介紹了解調(diào)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，在硬件電路設(shè)計(jì)部分從光電二極管的選擇、前置電流電壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)、放大電路的設(shè)計(jì)以及LPC2148的外圍電路的