新型光纤光栅加速度传感器的研究

随着光纤通信技术和光纤传感技术的迅猛发展，许多新兴技术被应用于传统
工业当中。近年来，基于光纤技术的加速度传感器研究越来越受到专家学者的重
视。与传统加速度计相比，光纤加速度传感器具有其独特的优点，主要包括：抗
电磁干扰、体积小，质量轻、动态范围大、高灵敏度和分辨率、易于植入材料内
部，易于形成传感网络和远距离传输。目前在已报道的文献中，光纤加速度传感
器主要有以下几种类型：强度调制型、相位调制型、波长调制型、偏振调制型。
本文的主要工作是对D型光纤Bragg光栅(D—FBG)和长周期光纤光栅(LPFG)
的弯曲特性进行研究，在此基础上完成基于光纤光栅加速度传感器研究的实验与
分析。
D型光纤由于其结构的非圆对称性，弯曲会改变D．FBG的中心波长。本文
对D型光纤的模场分布、双折射效应进行了仿真；对D．FBG的弯曲特性进行了
分析。提出一种新型的基于D．FBG的加速度测量方案，对测量系统进行了理论
分析和试验测量，得到基于D．FBG的加速度计的灵敏度理论值和谐振频率，分
别为611．86}m／g和4．96Hz。试验数据表明测量系统的灵敏度为563．671上e／g,最小
分辨力为1．15 X 10～g，可用来检测低频率、小幅值的加速度信号。
长周期光纤光栅对弯曲具有敏感特性。我们利用紫外光曝光载氢光纤制作
LPFG，并实验分析了其弯曲特性。提出一种基于LPFG的加速度测量方案，试
验数据表明：基于LPFG的加速度传感器具有较高的灵敏度，其值为12．65nm／g。
最小分辨力为1．9×10一g，谐振频率为28．9Hz。与我们实验上使用的采用D-FBG
的加速度计相比，灵敏度高出18．48倍。同时，我们提出一种新型的基于FBG
的LPFG波长解调方案，该方案具有成本低、结构简单、响应快、易于复用等优
点，对实际的工程应用具有一定的参考意义。