红外与激光工程
2022, 51(11): 20220111
1 西安石油大学 理学院, 西安 710065
2 西北大学 物理学院, 西安 710069
为了实现地震波的三维采集, 设计了一种三分量光纤布喇格光栅(FBG)地震检波器, 理论推导了该检波器的固有频率和灵敏度, 先后使用Matlab软件、COMSOL软件对检波器进行结构参数优化和模态分析, 测试了检波器的幅频响应、横向抗干扰性能和灵敏度响应。实验结果表明: 检波器的平坦区为0.6~50 Hz；一阶、二阶和三阶的固有频率分别为56 Hz、59 Hz和63 Hz, x、y和z方向上灵敏度分别为218.22 pm/g、284.76 pm/g和249.67 pm/g；每个方向上的横向抗干扰度均小于5 %, 可实现低频信号的三分量检测。
光纤布喇格光栅 悬臂梁 三分量 地震检波器 fiber Bragg grating, cantilever beam, three compon
河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作 454000
采用惯性力与简谐振子相垂直及差动检测技术的方法，设计基于光弹效应的三分量加速度地震检波器简谐振子。对于简谐振子中的双M-Z干涉仪而言， 光功率的均分和光的单模传输是实现正确检测加速度的基础。介绍了M-Z干涉仪的结构和工作原理。用波导光学模拟软件OptiBPM v9.0对双M-Z干涉仪光场传输进行仿真，得到双M-Z干涉仪的光场传输图。从仿真结果可以看出，从激光器LD发出的光经过双M-Z干涉仪后， 1/4分支波导的光场峰值都达到了0.52，分光比达到了1:1:1:1，实现了光功率的均分，设计的简谐振子满足三分量加速度地震检波器实现正确 检测加速度的要求。
纤维与波导光学 简谐振子 M-Z干涉仪 光弹效应 三分量 fiber and waveguide optics harmonic oscillator M-Z interferometer photoelastic effect
河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作 454000
三分量加速度地震检波器检测加速度的核心部件是由 2个 3-dB耦合器级联而成的双 M-Z干涉仪， 3-dB耦合器的设计对三分量加速度地震检波器的检测精度尤为重要。介绍了三分量加速度地震检波器的结构和工作原理，导模之间的同向耦合理论。设置了 3-dB耦合器波导的结构和计算参数。采用 MATLAB对 3-dB耦合器的输出功率进行仿真，仿真结果显示， 3-dB耦合器在两输出端实现了能量的平均分配。用波导光学模拟软件 OptiBPM v9.0对 3-dB耦合器进行模拟仿真，光功率传输图表明，所设计的 3-dB耦合器实现了光功率的均分。
3-dB耦合器 导模 同向耦合 三分量 加速度 3-dB coupler guided mode co-directional coupling three-component acceleration
Author Affiliations
Abstract
Faculty of Mechanical and Electronic Engineering, Southwest Petroleum University, Key Laboratory of Petroleum-Gas Equipment, Ministry of Education of China, Chengdu 610500
A novel three-component hybrid-integrated optical accelerometer based on LiNbO3 photoelastic waveguide is presented. The photoelasitcity of LiNbO3 due to three-dimensional stress states is obtained analytically. We analyze the level of sensitivity to cross-axis accelerations which is a very important parameter for three-component accelerometer. Theoretically, the designed three-component hybrid-integrated optical accelerometer has a transverse sensitivity ratio (TSR) of zero. The sensor has a high natural frequency of 3.5 kHz and a linear broad working frequency.
三分量加速度传感器 光弹效应 横向灵敏度比 LiNbO3波导 130.6010 Sensors 280.4788 Optical sensing and sensors Chinese Optics Letters
2009, 7(1): 0132
天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津,300072
三分量光弹波导M-Z干涉型集成加速度传感器的研究,为高频高精度地震勘探提供集成化的高精度传感器.利用光弹原理,分析了光弹效应检测任意方向加速度的原理.在X切Y传LiNbO3晶体上,设计制作了光波导双M-Z干涉仪及各集成器件:波导相位调制器、波导偏振器.三分量光弹波导M-Z干涉型集成加速度传感器测试表明:该传感器动态范围宽、线性性好.主要参数为:相位灵敏度达1.81×10-4Rad/m·s-2;工作频带3～1506(Hz).
混合集成 三分量加速度传感器 光弹波导 马赫-曾德干涉 Hybrid-integrated Three-component accelerometer Photoelastic waveguide Mach-Zehnder interference
国防科技大学光电科学与工程学院,湖南 长沙 410073
报道了三分量全保偏光纤加速度传感器的实验研究结果。传感器由6个弹性柱体共同支撑1个质量块构成三分量结构,由3个迈克尔逊全保偏光纤干涉仪共用一个光源组成。光学部分采用全保偏光纤干涉仪结构,消除了干涉光束偏振态随机变化引起的信号衰落,采用光频调制相位载波解调信号处理技术,消除了相位随机漂移引起的信号衰落,从而实现了对加速度信号的稳定检测。传感器的工作频带为5～500 Hz,加速度灵敏度达到660 rad/g,系统最小可测相位差为10-5 rad,最小可测加速度达1.5×10-7 m/s2,工作频带内加速度灵敏度变化小于2 dB。三轴加速度灵敏度和频率响应曲线与理论分析的结果基本一致。
光电子学 三分量 光纤加速度传感器 加速度 保偏光纤
天津大学精密仪器与光电子工程学院,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300072
研制出三分量全光纤加速度检波器及其数字信号处理系统 。该检波器由一个质量块,六个顺变柱体,三组迈克耳孙干涉仪光路组成。顺变柱体是检波器敏感元件中的关键部件。该检波器数字信号处理系统以TI公司的高性能数字信号处理芯片为核心,辅以必要的电路,实现了对加速度信号的高精度检测和误差信号的补偿。测试结果表明,检波器在共振频率以上有较好的频率响应,输入信号与输出信号吻合较好;检波器在共振频率以下亦有较好的频率响应。最后给出了检波器频率响应曲线。
导波和光纤光学 三分量全光纤加速度检波器 迈克耳孙干涉仪 数字信号处理 共振频率 频率响应
