一种V型悬臂梁结构的光纤F-P加速度传感器研究

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随着科学的发展和技术的进步,我国各行各业中机械装置正朝着精密化、大型化、复杂化的方向不断发展,这就对设备的故障诊断技术提出了更严格精准的要求,而振动分析应用是故障诊断中最为普遍的技术手段之一,加速度作为振动中的一个重要参量是影响大型机械安全、稳定运行的重要因素,是判断机械设备运行状况的关键参数之一,随着应用场合的增多和复杂,现有的一些加速度传感器因其自身的局限性已不能满足某些行业工业生产的需求。因此,本文针对这种情况,基于光纤传感技术的独特优势和技术基础,通过对F-P传感机理及解调方式进行探讨,设计了一种V型悬臂梁结构光纤F-P加速度传感器,文中对该传感器的结构尺寸进行了理论计算与推导,并在此基础上利用ANSYS有限元软件对传感器的主体及悬臂结构的振动特性进行了仿真分析,然后严格按照工艺流程制备了这种新型的光纤F-P加速度传感器并对其进行了特定工艺处理和特性测试,结果显示该传感器具有良好的响应度和比较大的频响范围,适合于在石油化工等需进行防火防爆处理的复杂环境中进行工作,这对提高大型机械设备运行状况可靠性检测具有积极意义,本文主要工作内容如下:1、本文详细介绍了光纤传感技术的研究现状和发展趋势以及几种典型的光纤加速度传感器的原理,比较了各类型传感器的优缺点。重点介绍了光纤法布里-珀罗加速度传感器的解调方法、原理及应用。2、本文设计了一种V型双悬臂梁结构的光纤Fabry-Perot(F-P)加速度传感器,并进行了悬臂梁形变刚度的推导,探讨了各参数间的关系,给出了光纤F-P加速度传感器固有频率的理论计算公式。3、本文利用ANSYS Workbench软件对所设计的光纤F-P加速度传感器进行了参数建模及有限元分析,通过对传感器结构进行模态分析,确定了此传感器的结构尺寸。4、本文初步制作了相应的光纤F-P加速度传感器,并对传感器进行了标定,测试了该传感器的温度特性、振动特性和抗干扰特性,获得了较为详细的特性参数。
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