光纖加速度傳感器原理

直射式光纖傳感器，原理就是利用光纖作為光信號的傳輸通道，直射式出射光纖發出光，接收光纖接收光信號，接收光纖位于出射光纖的傳播方向上。出射光信號在空間中傳播，經過一段介質后再進入接收光纖。

光纖加速度傳感器優勢

相對于傳統的基于壓電、超聲等的傳感技術，光纖傳感技術有著顯著的優勢，包括：傳感和傳輸信息量大；尺寸小、輕便；工作頻帶寬；高于其他傳感技術1一3個量級的靈敏度和分辨率；傳感部分結構和幾何形狀的多樣性；普遍適用于各種物理現象的傳感，如熱空氣老化試驗箱聲場、磁場、溫度、旋轉等；不受電磁干擾影響；可應用于高溫高壓、易燃易爆等惡劣環境；易復用和形成傳感網絡；易實現實時、在線、分布式傳感等等。

光纖加速度傳感器應用

光纖傳感器在應用上分為傳光型的和傳感型的。顧名思義，前一種就是起到傳輸光的作用，傳感元件要與光纖連在一起；后一種就是既有傳輸光的作用，又有傳感作用。現在研究熱點幾乎都是后一種，所以我就簡單介紹下后一種，因為光纖傳感器作為傳感用有很多的應用，比如抗腐蝕，抗電磁干擾等，可以在復雜惡劣的環境下使用。作為傳感用的光纖，原理上就是通過對傳輸光的偏振，強度，相位，波長，周期，頻率等進行調制，通過檢測器獲得調制結果而進行傳感的器件。因為當外界的環境變化時，比如說溫度，應力、磁、聲、壓力、溫度、加速度等都會對光纖的折射率分布等一些構造產生微小的影響，導致傳輸光的特性發生改變，通過探測這些改變而得到外界的變化，起到傳感作用。

光纖加速度傳感器分類

1.強度調制型

強度調制型加速度傳感器是指通過調制光纖中傳輸光的強度從而達到測量加速度的目的，主要包含有透射式、反射式、偏振式等，其優點是結構較為簡單、信號易于解調、成本相對低廉，缺點是精度不高。

(1) 透射式光纖加速 度傳感器。

此類傳感器的結構特點是利用光纖本身作為移動單元，加速度引起輸出光纖振動導致耦合進入輸出光纖的光量改變，從接收端檢測到的光強即可反應出加速度值的大小。

(2)反射式光纖加速度傳感器。

此類傳感器在結構上與透射式的不同的地方在于多了一個反射鏡，光纖與反射鏡均可能作為運動元件。光纖軸線垂直于反射面安置的稱為正鏡式，光纖軸線不垂直于反射面安置的稱為斜鏡式。

(3)偏振式光纖加速度傳感器。

這類傳感器是利用光纖本身直接感知質量塊的慣性而產生偏振態變化，從而導致輸出光強的變化，藉此測量加速度。Tihon Pierre等人于2012年提出的基于光纖雙折射的四種機械換能結構，分別是對光纖產生彎曲、擠壓、拉伸和扭轉作用的U型鋁梁。當偏振光從該結構的單模光纖一端輸入時，加速度引起光纖的變形從而導致激光偏振態的改變。從另外一端輸出的偏 振光經過檢偏器后通過光電二二極管來檢測，不同的加速度大小對應不同的偏振態，即不同的接收光強[1]。

2相位調制型

相位調制型加速度傳感器是指通過調制光纖中傳輸光的相位從而達到測量加速度的目的，主要包含有Michelson干涉式、Mach-Zennder干涉式、 F-P干涉式等，其優點是幾何結構靈活多樣，分辨率、靈敏度等性能指標都非常高，研究較為廣泛。

(1) Michelson干涉式光纖加速度傳感器。

F Peng等人于2012年設計了-種緊湊型的Michelson干涉型加速度計，利用了光纖本身的固有優勢，使得傳感器尺寸和重量都可以做的很小，重量塊m用環氧樹脂粘在了兩根已經粘在一起的單模光纖的中間，光纖_上下端和周圍用金屬管和固體框架固定住。加速度的變化將會引起作為干涉儀兩臂的光纖光程差的變化，通過解調相位變化即可獲得相應的加速度大小，這種加速度傳感器的靈敏度和頻率響應可以分別做到0.42 rad/g和600 Hz。

(2) M-Z干涉式光纖加速度傳感器。

陳柳華等人于2010年提出了-種基于光柵士1級干涉和相位載波(PGC)調制解調的光學加速度傳感方案，與傳統的M-Z干涉儀不同，這種結構并不是靠M-Z其中的-一個臂作為傳感臂，而是以激光垂直入射的正弦振幅光柵作為傳感元件。當在光柵平面內有垂直柵線方向的加速度作用在光柵上時，光柵產生相應位移，繼而引起PD端干涉相位差的改變。M-Z的其中一臂通過PZT生成載波以提高相位解調精度,實驗得到的系統誤差為[2]。

(3) F-P干涉式光纖加速度傳感器。

QLin等人于201 1年提出的一種高分辨率加速度傳感器結構，單模光纖端面鍍半反膜,既做發射光纖又做接收光纖，固定在V形槽_上。光纖端面與固定在0.1 mm厚的不銹鋼環狀彈簧網中心0.8 mm厚的質量塊上的硅微反射鏡形成-一個F-P諧振腔。在V形槽與光纖固定支架之間裝有-一個PZT,通過施加音頻信號對腔長生成相位載波(PGC) 調制，腔長的變化與光纖軸向方向的加速度大小成線性關系。該結構的靈敏度為36dB每1 rad/g，諧振頻率為160 Hz,橫向靈敏度-1.8dB每1rad/g[3]。

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