1 北京信息科技大学 光电测试技术及仪器教育部重点实验室，北京 100192
2 北京信息科技大学 光纤传感与系统北京实验室，北京 100016
3 北京空间机电研究所， 北京 100089
4 广州南沙光子感知技术研究院，广东 广州 511462
为了研制一种微小型、三轴测量的高灵敏度振动传感器，提出一种分立元件交错组合的超紧凑光纤光栅三轴振动传感器设计方法。采用分立元件组合设计方法降低了设计加工难度，与一体化设计对比，分立元件组合结构的零件结构简单、易于加工、结构设计也更为灵活，缩短了传感器结构的优化迭代周期。通过理论模型分析和有限元仿真，优化传感器结构参数，最终封装完成的尺寸为15 mm×15 mm×15 mm，质量约为24.26 g。最后进行实验测试和传感器性能分析。实验结果表明：该传感器的工作频段为0~1 200 Hz，在X、Y、Z轴方向的固有频率分别为1 850 Hz、1 770 Hz和1 860 Hz，三个轴向的灵敏度分别达到77.37 pm/g、80.73 pm/g和75.04 pm/g，横向抗干扰小于5%。该传感器满足航天振动测量轻量化、工作范围和灵敏度的应用需求，在遥感卫星微振动测量等领域具有重要应用前景。
光纤布拉格光栅 三轴振动传感器 微型化 高灵敏度 fiber Bragg grating triaxial vibration sensor microminiaturization high sensitivity 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230518
西安石油大学理学院，陕西 西安710065陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心，陕西 西安710065陕西省油气井测控技术重点实验室，陕西 西安710065CNPC重点实验室——油藏光纤动态检测研究室，陕西 西安710065
随着光纤传感技术的不断发展，光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)振动传感器在实际应用中的复杂振动测量性能愈发优良可靠。基于FBG振动传感器的优势，简略地阐述了FBG振动传感器的工作原理，并介绍了近5年国内研发的部分悬臂梁型、膜片型、铰链型三种结构的优缺点。最后针对FBG振动传感器提出了4个方面的建议，并展望了FBG振动传感器的发展方向。
光纤布拉格光栅 振动传感器 悬臂梁 膜片 铰链 fiber Bragg grating vibration sensor cantilever beam diaphragm hinge
1 西南石油大学机电工程学院石油天然气装备教育部重点实验室，四川 成都 610500
2 成都工业学院智能制造学院，四川 成都 611730
针对载波外调制过程中引入的调制深度偏移以及载波相位延迟等因素对光纤地震计解调结果的影响，提出一种多级正交信号融合计算方法，综合考虑三级倍频载波以及三级贝塞尔函数对解调效果的影响，并在此基础上计算载波相位延迟和相位调制深度C，实现对解调结果的误差补偿。实验结果表明：多级正交信号融合计算方法改善了表征解调结果非线性失真程度的总谐波失真，解调结果改善后总谐波失真达到-90 dB，同时解调结果信纳比达到84 dB，综合二者可看出所提算法对相位延迟和调制深度C具有强鲁棒性；所提算法解调结果可达到的本底噪声水平；所提算法解调结果相位延迟稳定在0°左右，与其他算法的结果相比，所提多级正交信号融合计算方法对于信号解调具有更好的实时性。
光纤光学 光纤振动传感 相位生成载波 相位解调 相位延迟 调制深度 光学学报
2023, 43(22): 2206005
贾振安 1,2,3,4党硕 1,2,3,4禹大宽 1,2,3,4任杰 1,2,3,4姜丽荣 1,2,3,4
1 西安石油大学理学院，陕西 西安710065
2 陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心，陕西 西安710065
3 陕西省油气井测控技术重点实验室，陕西 西安710065
4 CNPC测井重点实验室——油藏光纤动态监测研究室，陕西 西安710065
传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。振动信号的检测在工业尤其在石油勘探方面有着重要作用。其中，基于光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）的振动传感器具有诸多优点而备受关注。简单介绍了FBG振动传感器的原理，并根据结构类型对近几年研发出的FBG振动传感器进行了分类和总结。阐述了四种FBG振动传感器的优缺点，并重点对悬臂梁式和柔性铰链式结构的FBG振动传感器进行了总结。接着从三个方向对现有的FBG振动传感器进行了分析并提出了优化建议。最后对FBG振动传感器的发展做出了预测与展望。
光纤光栅 振动传感器 悬臂梁 铰链 多分量 fiber grating vibration sensor cantilever hinge multicomponent
1 吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
2 华东理工大学 化工学院, 上海 200237
近年来, 压电薄膜振动传感器发展十分迅速, 已被广泛应用于结构健康监测、医疗电子、加速度、器件振动等测量。该文针对压电薄膜振动传感器的性能检测, 设计了一套以可调频激振台作为核心的压电传感器灵敏度与频响特性标定装置。振动信号由可调频激振台提供, 标准压电传感器与自制传感器同步进行振动测试。测试结果表明, 该装置可方便地实现对被测传感器灵敏度和频率响应特性的标定。标定系统整体设计简单, 操作方便。同时系统体积小, 稳定性高, 测量误差小, 便于对各种类型的压电振动传感器进行检测, 具有很强的实用性和广阔的发展空间。基于该系统对自制压电薄膜传感器性能的标定, 研究了压电薄膜传感器灵敏度的影响因素。
压电薄膜 振动传感器 灵敏度 频响特性 标定 piezoelectric film vibration sensor sensitivity frequency response characteristic calibration
山东大学控制科学与工程学院, 山东 济南 250061
围绕工字钢梁损伤识别问题,研制了一种新型双端固定梁结构光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器,实现了工字钢梁振动响应的有效获取。在此基础上,研究了工字钢梁损伤自动识别方法,利用其对FBG振动传感器获取的振动响应进行处理。该方法采用小波包能量比变化偏差(ERVD)作为损伤特征,进而基于极限学习机(ELM)算法实现工字钢梁损伤状态识别。传感器仿真模拟和实验测试结果表明:设计的FBG振动传感器频率响应范围为10~350 Hz,在加速度响应范围为0.2g~3.0g时,灵敏度为6.7 pm/g,具有良好的线性度和横向抗干扰能力。工字钢梁损伤识别实验结果表明:所提方法对工字钢梁的损伤状态识别准确率达到96.7%,与常规的基于back propagation(BP)神经网络的损伤识别方法相比,准确率提高了3.4个百分点。
光纤光学 光纤布拉格光栅振动传感器 能量比变化偏差 极限学习机 损伤识别 中国激光
2021, 48(16): 1610004
1 吉林省教育学院，吉林 长春 130022
2 吉林大学 仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130061
3 应急管理部国家自然灾害防治研究院，北京 100085
针对低频振动检测的需求，研制了一种基于柔性铰链的光纤光栅(FBG)振动传感器，实现了在一定范围内对低频信号的高精度测量。根据传感器的理想结构模型，结合力矩平衡方程和拉格朗日方程给出了传感器的灵敏度和固有频率的计算方法，并采用ANSYS软件对传感器的结构进行有限元分析，得到了一阶谐振频率为92.457 Hz。通过性能测试试验，传感器在0.5~55 Hz这个频率范围内平坦度好，固有频率为91 Hz，与有限元分析结果一致，灵敏度为1.94 nm/g，线性度为99.99%。其纵向灵敏度远优于横向灵敏度，具备较强的横向抗干扰能力。
振动传感器 柔性铰链 高灵敏度 大量程 vibration sensor FBG FBG flexible hinge high sensitivity large range 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200340
贾振安 1,2,3,4赵显锋 1,2,3,4,*高宏 1,2,3,4刘颖刚 1,2,3,4杨凯庆 1,2,3,4
1 西安石油大学理学院，陕西 西安 710065
2 陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心, 陕西 西安 710065
3 陕西省油气井测控技术重点实验室, 陕西 西安 710065
4 CNPC重点实验室——油藏光纤动态检测研究室， 陕西 西安 710065
随着光纤光栅传感技术研究的不断深入和振动测试技术发展需求的不断增大,关于光纤光栅振动传感器的研究工作迅速展开。介绍了基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的振动传感器的原理，然后就不同的结构类型对近几年的FBG振动传感器研究进行了归纳,并着重对悬臂梁式和膜片式结构进行了总结。阐述了同种结构类型的不同光纤光栅封装方式的优缺点,分析了现阶段所使用的FBG振动传感器,并提出了影响其性能优化的四点因素。最后对FBG振动传感器的发展作了进一步展望。
光栅 振动传感器 悬臂梁 膜片式 传感器 grating vibration sensor cantilever beam diaphragm type sensor
