基于F型梁的光纤光栅加速度传感器

Abstract

为满足悬臂梁式传感器测量带宽大、灵敏度高的需求，采用F型梁增敏结构设计了一种光纤光栅加速度传感器。首先推导出传感器的谐振频率和灵敏度公式，在此基础上使用MATLAB优化传感器参数，并利用ANSYS对传感器进行模态分析和谐响应分析，得到了传感器的模态振型图以及两种不同阻尼比条件下的幅频响应，仿真结果与理论计算基本一致。制作了2个传感器实物，对直接封装的传感器1和填充硅油后封装的传感器2进行了幅频响应、灵敏度特性和横向抗干扰能力测试。实验结果表明：传感器1的谐振频率约为168 Hz，测量带宽为1.5~50 Hz，灵敏度系数为159.84 pm/g，横向抗干扰度为9.88%，谐振频率和灵敏度理论值与实际值误差分别为0.93%和3.29%；填充硅油后的传感器2的测量带宽为1.5~100 Hz，灵敏度系数为133.57 pm/g，横向抗干扰度为8.1%。实验证明在传感器内部填充硅油可以增大传感器工作带宽，提高横向抗干扰能力。