一种温度自补偿型OFBG加速度传感器开发与应用

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sargelee
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随着光纤布拉格光栅(OFBG)传感技术的发展和趋于成熟,基于OFBG传感技术开发的传感器被越来越多地应用于大型工程结构的健康监测中,OFBG传感器能够实现多种测量功能并满足实际工程结构性态监测需要。OFBG传感器具有耐久性及稳定性好的特点,针对OFBG在应变以及温度传感方面的特性,考虑到环境温度变化会对长期监测产生很大的影响,本文根据加速度传感器的性能要求设计并开发出一种具有温度自补偿功能的低频加速度传感器。首先,进行模型设计和理论分析计算。该低频加速度传感器是基于等强度梁悬臂式结构模型,在梁端固定一个质量块,在等强度梁上下表面轴心线对应位置处布设双光栅。因为两根光纤光栅布设在相邻位置上,由温度变化影响产生的中心波长变化值相同,通过温度自补偿原理和加速度测量原理,可以通过计算消除环境温度变化对加速度测量的影响,求得仅由变形导致的中心波长变化值,进而求出真实的加速度值,最终实现温度自补偿功能。其次,考虑量程范围及传感器固有频率的要求,进行加速度传感器尺寸设计,并确定加速度传感器的整体加工工艺。通过实际加工生产,开发出加速度传感器实体,对其进行加速度传感特性标定。最后,通过对标定数据对比分析,工程现场加速度参数实地监测,数据采集处理,温度补偿效果分析,以及后期改进生产工艺等一系列研究工作,验证基于OFBG加速度传感器的设计原理的正确性,基于此原理的传感器的实用性,并通过数据对比分析阐明光纤光栅传感器在长期监测过程中温度补偿的有效性和重要性。本文的研究表明,这种加速度传感器具有高灵敏度和稳定性,其性能参数可以根据实际需要进行设计以满足不同的测量要求,由于温度自补偿效果显著,可将其应用于环境温度变化大的长期结构健康监测之中。
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