基于WOA-ELM的空间分层结构FBG三维振动加速度传感器非线性解耦 被引量：4

1

作者 孙世政 武宇峰 +2 位作者 何江 徐向阳 陈仁祥 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期139-147,共9页

针对三维振动加速度传感器存在的维间耦合干扰问题,以空间分层结构光纤布拉格光栅(FBG)三维振动加速度传感器为研究对象,阐述了三维振动加速度传感的基本原理。其次,构建了振动加速度动态标定实验平台,并分析了传感器的结构耦合特性。最... 针对三维振动加速度传感器存在的维间耦合干扰问题,以空间分层结构光纤布拉格光栅(FBG)三维振动加速度传感器为研究对象,阐述了三维振动加速度传感的基本原理。其次,构建了振动加速度动态标定实验平台,并分析了传感器的结构耦合特性。最后,提出一种基于鲸鱼算法优化极限学习机(WOA-ELM)的神经网络模型并进行了非线性解耦实验,其结果显示,在x、y、z三轴的平均测量误差分别降至1.58%、1.17%、0.95%,平均I类和II类误差最大值分别降至0.73%和0.37%。为验证解耦效果,将WOA-ELM与其他算法等进行解耦效果对比。结果表明,WOA-ELM更有效地降低三维振动加速度传感器的维间耦合干扰,提高测量精度。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 三维振动加速度传感器 维间耦合 鲸鱼优化算法 极限学习机

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二维低频光纤布拉格光栅振动传感器的设计

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作者 刘强 李文静 +4 位作者 马超 魏淑辉 付天舒 于波 刘超 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1450-1457,共8页

本文设计了一种可在x轴和z轴方向工作的对称圆形柔性铰链式二维振动传感器,以对低频振动信号进行获取和监测。从理论上分析了传感结构的力学特性,在Comsol中建立模型进行仿真分析,并采用有限元法对结构进行优化设计,将铰链谐振频率设计... 本文设计了一种可在x轴和z轴方向工作的对称圆形柔性铰链式二维振动传感器,以对低频振动信号进行获取和监测。从理论上分析了传感结构的力学特性,在Comsol中建立模型进行仿真分析,并采用有限元法对结构进行优化设计,将铰链谐振频率设计为420 Hz。采用光纤布拉格光栅(FBG)作为应变检测器件粘贴在铰链结构表面,利用边沿滤波器法实现FBG的动态解调,采用标准振动台对传感器性能进行测试。实验结果表明该传感器在x轴和z轴的谐振频率为420 Hz,工作频率为20~300 Hz。在平坦区的平均灵敏度为1847.32 mV/g,加速度分辨率达5.41×10^(-4)g。该传感器在所有二维方向上的横向干扰水平均小于5%。本文设计的传感器为二维振动传感器,可适用于低频振动信号的高灵敏检测。 展开更多

关键词 加速度传感器 振动检测 光纤布拉格光栅 铰链结构

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面向低频振动测量的双光纤光栅加速度传感器研究

3

作者 于瑞红 姚振静 +3 位作者 罗青山 王妍 罗鑫 邱忠超 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第8期157-163,共7页

低频振动测量对地震海啸等灾害预警、地质勘探和能源开发等领域具有重要意义。针对现有FBG加速度传感器测量低频振动时灵敏度较低的问题,提出一种高灵敏度低频双FBG加速度传感器。采用十字簧片作为拾振结构,理论分析传感器的振动响应特... 低频振动测量对地震海啸等灾害预警、地质勘探和能源开发等领域具有重要意义。针对现有FBG加速度传感器测量低频振动时灵敏度较低的问题,提出一种高灵敏度低频双FBG加速度传感器。采用十字簧片作为拾振结构,理论分析传感器的振动响应特性,给出传感器的谐振频率和灵敏度公式。建立传感单元的数学模型,对传感单元结构参数进行优化,并利用有限元仿真验证理论分析结果,最后制作传感器实物并对其进行性能测试。结果表明,传感器固有频率为65 Hz,在3~45 Hz频段具有平坦的灵敏度响应,动态范围为73 dB@10 Hz,灵敏度为1498.29 pm/g,线性度为0.9998,横向串扰为–33.99 dB,能够满足工程中低频振动检测的要求。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅(FBG) 加速度传感器 十字簧片 低频振动

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强度调制的啁啾光纤光栅加速度传感器 被引量：5

4

作者 杨淑连 申晋 +3 位作者 李田泽 贾宏燕 盛翠霞 魏芹芹 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期75-78,共4页

设计了一种基于啁啾光纤布拉格光栅的新型加速度传感器,该传感器主要由矩形悬臂梁构成的传感机构和光纤光谱仪及光电探测器组成。导出了啁啾光纤布拉格光栅的反射谱带宽与加速度的关系;通过光谱仪检测啁啾光纤布拉格光栅反射谱的带宽或... 设计了一种基于啁啾光纤布拉格光栅的新型加速度传感器,该传感器主要由矩形悬臂梁构成的传感机构和光纤光谱仪及光电探测器组成。导出了啁啾光纤布拉格光栅的反射谱带宽与加速度的关系;通过光谱仪检测啁啾光纤布拉格光栅反射谱的带宽或检测光电探测器输出的电压,即可获得加速度的大小。实验结果表明,该啁啾光纤布拉格光栅反射谱带宽及光电探测器输出的电压对温度变化不敏感,且在0~700m/s2测量范围内,反射谱带宽与加速度间具有良好的线性关系。由于反射谱带宽展宽造成了光纤布拉格光栅反射率的降低,因此光电探测器输出电压的线性响应范围只能达到0~35 m/s2,带宽和电压灵敏度分别达到0.005 6nm·m-1·s-2和0.785 6m V·m-1·s-2。 展开更多

关键词 光纤传感器 加速度传感器 加速度测量 啁啾光纤布拉格光栅

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一种布拉格光纤光栅加速度传感器 被引量：16

5

作者 戴锋 黄国君 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2005年第1期26-27,共2页

本文介绍了一种基于布拉格光纤光栅 (FBG)的加速度传感器设计。为了克服等截面悬臂梁的局限性 ,该设计采用等强度悬臂梁的形式。结果表明 :该种光纤加速度传感器具有良好的稳定性和较高的分辨率 (0 .0 0 5g) ,适合海洋平台等大型工程结... 本文介绍了一种基于布拉格光纤光栅 (FBG)的加速度传感器设计。为了克服等截面悬臂梁的局限性 ,该设计采用等强度悬臂梁的形式。结果表明 :该种光纤加速度传感器具有良好的稳定性和较高的分辨率 (0 .0 0 5g) ,适合海洋平台等大型工程结构的加速度测量。 展开更多

关键词 布拉格光纤光栅 FBG 加速度传感器 悬臂梁 分辨率 设计 稳定性

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基于F型梁的光纤光栅加速度传感器 被引量：5

6

作者 甘维兵 张艺璇 +3 位作者 张寅杰 王宇 刘念 张翠 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期137-148,共12页

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... 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。 展开更多

关键词 光纤布拉格光栅 加速度传感器 优化设计 悬臂梁 振动加速度检测

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双光纤光栅高频加速度传感器的研究 被引量：4

7

作者 罗裴 田建伟 王立新 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期53-56,共4页

研制了一种新型双光纤光栅加速度传感器,并对该传感器的工作原理和基本特性进行了理论分析,实测表明,这种新型双光纤光栅加速度传感器可在5?2000Hz频率范围内获得稳定的振动信号。这不仅解决了传统悬臂梁FBG加速度传感器难以实现高频振... 研制了一种新型双光纤光栅加速度传感器,并对该传感器的工作原理和基本特性进行了理论分析,实测表明,这种新型双光纤光栅加速度传感器可在5?2000Hz频率范围内获得稳定的振动信号。这不仅解决了传统悬臂梁FBG加速度传感器难以实现高频振动测量的问题,而且具有温度自补偿、谐振频率高、使用方便等优点,在高频测量中具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 加速度传感器 双光纤光栅 竖向传感 振动测量

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一种用于人致楼盖振动测试的光纤加速度传感器 被引量：4

8

作者 金峤 吴翔宇 +2 位作者 王传克 孙丽 朱春阳 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2020年第7期11-16,共6页

将等强度梁与L型转轴相结合,设计了一种灵敏度可调的光纤光栅加速度传感器。此传感器通过改变质量块与转轴之间的距离,设置了3种量程档位,实现了量程及灵敏度的可调性,能够为被测对象提供合理的满量程精度。基于上述功能目标,通过振动... 将等强度梁与L型转轴相结合,设计了一种灵敏度可调的光纤光栅加速度传感器。此传感器通过改变质量块与转轴之间的距离,设置了3种量程档位,实现了量程及灵敏度的可调性,能够为被测对象提供合理的满量程精度。基于上述功能目标,通过振动台实验,分别对该传感器3种档位的幅频特性、灵敏度及横向抗干扰能力进行了测定,确定了该传感器的性能指标。实验结果表明,所研究的光纤加速度传感器具备测试低频振动特性的功能,且量程可调、灵敏度高、抗干扰能力强,能够满足人行荷载导致的楼板振动的检测需求,具有较强的推广应用价值。 展开更多

关键词 楼盖振动 人行荷载 光纤光栅 加速度传感器

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温度补偿型光纤光栅加速度传感探头结构设计 被引量：4

9

作者 李国利 翟力欣 李志全 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期505-507,共3页

采用可调光纤F-P滤波器技术设计了一种光纤光栅加速度传感系统。提出了一种温度补偿型光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统主要有惯性质量块、双弹簧片、钢管等组成。探头采用不受力光纤光栅法进行了温度补偿。该探头具有结构简单,不... 采用可调光纤F-P滤波器技术设计了一种光纤光栅加速度传感系统。提出了一种温度补偿型光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统主要有惯性质量块、双弹簧片、钢管等组成。探头采用不受力光纤光栅法进行了温度补偿。该探头具有结构简单,不受电磁干扰,不受光路功率波动和相位噪声影响等优点,且能自动进行温度补偿。 展开更多

关键词 光纤光栅 温度补偿 加速度传感器 弹簧片 钢管 可调谐光纤F-P滤波器

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基于双光纤光栅的柔性铰链加速度传感器设计 被引量：5

10

作者 梁磊 朱振华 +1 位作者 李美格 徐刚 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2020年第11期1-4,9,共5页

为了满足加速度传感器在振动分析中的需求,提出并研究了一种基于双光纤光栅的柔性铰链加速度传感器。首先,根据传感器结构的力学模型,推导出传感器的灵敏度和固有频率的计算公式;随后,对传感器结构进行有限元仿真分析;最后,根据分析的... 为了满足加速度传感器在振动分析中的需求,提出并研究了一种基于双光纤光栅的柔性铰链加速度传感器。首先,根据传感器结构的力学模型,推导出传感器的灵敏度和固有频率的计算公式;随后,对传感器结构进行有限元仿真分析;最后,根据分析的结果设计并制作了传感器,并通过实验研究了传感器的幅频响应、灵敏度特性、温度自补偿特性和横向抗干扰能力。实验结果表明,传感器的固有频率约为800 Hz,灵敏度约为134.8 pm/g,横向抗干扰度小于5%,具有良好的温度自补偿能力。 展开更多

关键词 柔性铰链 光纤布拉格光栅 加速度传感器 温度自补偿

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双简支梁结构光纤光栅加速度传感探头的设计 被引量：2

11

作者 李国利 刘祥建 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2014年第1期32-34,共3页

采用双简支梁结构设计了一种光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统由双简支梁、双光纤光栅、质量块等组成。采用差动补偿法解决了光纤光栅传感器温度与应变交叉敏感问题。该探头结构简单,线性度好,一阶谐振频率达到525Hz,不受电磁干扰,... 采用双简支梁结构设计了一种光纤光栅加速度传感探头,探头弹性系统由双简支梁、双光纤光栅、质量块等组成。采用差动补偿法解决了光纤光栅传感器温度与应变交叉敏感问题。该探头结构简单,线性度好,一阶谐振频率达到525Hz,不受电磁干扰,不受光路功率波动和相位噪声影响,且测量灵敏度是单光纤光栅传感器的2倍。 展开更多

关键词 光纤光栅 加速度传感器 双简支梁 差动结构 温度补偿

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一种高灵敏度FBG加速度传感器设计与仿真 被引量：1

12

作者 贾淑红 王晓宇 王侃 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期643-646,共4页

采用悬臂梁与垫高块结构,设计了一种高灵敏度的光纤光栅加速度传感器,光栅栅区两端固定在悬臂梁与垫高块之间,提高了传感器的灵敏度,避免了出现啁啾或多峰现象,推导了设计计算的力学模型;对传感器进行了过载安全保护设计、光栅预拉伸设... 采用悬臂梁与垫高块结构,设计了一种高灵敏度的光纤光栅加速度传感器,光栅栅区两端固定在悬臂梁与垫高块之间,提高了传感器的灵敏度,避免了出现啁啾或多峰现象,推导了设计计算的力学模型;对传感器进行了过载安全保护设计、光栅预拉伸设计等;采用有限元分析计算得出了悬臂梁应变分布情况及6阶固有频率,证明分析结果与设计计算吻合。 展开更多

关键词 光纤光栅 加速度传感器 灵敏度 固有频率

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基于边缘滤波法的光纤光栅振动传感器解调技术 被引量：9

13

作者 罗进 江山 熊岩 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期469-472,共4页

为了满足各种场合中对振动信号监测的需求,基于长周期光栅的边缘滤波原理,设计了一种结构简单、低成本的光纤布喇格光栅振动传感器解调系统。系统在硬件部分采用双光路结构及低噪声光电转换电路,解调及显示软件基于LabVIEW平台开发。通... 为了满足各种场合中对振动信号监测的需求,基于长周期光栅的边缘滤波原理,设计了一种结构简单、低成本的光纤布喇格光栅振动传感器解调系统。系统在硬件部分采用双光路结构及低噪声光电转换电路,解调及显示软件基于LabVIEW平台开发。通过在可调谐振动台上试验,证明了系统能实现对振动传感器可用范围(0Hz～300Hz)内振动信号频率的解调,误差在3%以内。结果表明,振动加速度与模拟信号伏值成线性关系,拟合得到本系统的比例因子为0.94,拟合程度为0.9752,可对加速度在0～4.7g范围内的振动信号进行振动加速度解调。 展开更多

关键词 传感器技术 光纤布喇格光栅 长周期光栅 边缘滤波 振动加速度 频率解调

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基片式光纤光栅传感器加速度试验研究 被引量：2

14

作者 杜翠翠 孔德仁 徐春冬 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期152-159,共8页

为测试光纤光栅(FBG)传感器是否可以承受由加速度引起的稳态惯性载荷,以及在承受这些载荷期间的传感性能,设计了一种铝合金基片封装式光纤光栅应变和温度传感器,并对其进行了加速度性能验证。确定了FBG应变和温度传感器的设计尺寸,阐述... 为测试光纤光栅(FBG)传感器是否可以承受由加速度引起的稳态惯性载荷,以及在承受这些载荷期间的传感性能,设计了一种铝合金基片封装式光纤光栅应变和温度传感器,并对其进行了加速度性能验证。确定了FBG应变和温度传感器的设计尺寸,阐述了封装过程,分析了FBG传感器的应变和温度传感机理,开发了基于体相位光栅和线阵光电探测器的光谱检测解调系统。搭建了加速度试验装置,并按照GJB150.15A“加速度试验”要求和方法对选取的FBG应变和温度传感器进行了加速度性能测试。试验结果表明:在加速度试验前后的2 min性能测试中,波长偏移量均未超过±50 pm,且光强变化未超过0.3 V;在加速度试验中,波长偏移量最大波动为±7 pm,光强均在1.3 V~4.003 V内。验证了所设计的光纤光栅传感器具备承受加速度载荷的能力,且承受载荷期间传感性能良好。 展开更多

关键词 基片式光纤光栅传感器 铝合金封装 波长解调技术 GJB150.15A“加速度试验”

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基于柔性铰链的增敏型FBG加速度传感器 被引量：1

15

作者 洪利 陈依柳 +2 位作者 滕云田 张钰梓 邱忠超 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第6期11-15,共5页

中高频振动信号的获取对被动源地震监测有着重要作用,针对中高频光纤光栅加速度传感器灵敏度低的问题,提出了一种带有2个惯性质量块的三铰链加速度传感器新型结构。采用2对光纤光栅差分排列的方式,使灵敏度是单光纤光栅的2倍,并能剔除... 中高频振动信号的获取对被动源地震监测有着重要作用,针对中高频光纤光栅加速度传感器灵敏度低的问题,提出了一种带有2个惯性质量块的三铰链加速度传感器新型结构。采用2对光纤光栅差分排列的方式,使灵敏度是单光纤光栅的2倍,并能剔除温度变化带来的影响。从理论给出了传感器的灵敏度和谐振频率公式,并讨论了结构参数对传感器灵敏度和谐振频率的影响,利用有限元法分析了传感器的静态和动态特性,制作传感器实物并对其有效性进行验证。实验证明,该传感器的谐振频率约为1500 Hz。灵敏度约为18 pm/g,横向抗干扰度小于10%,数据与设计仿真比较吻合。 展开更多

关键词 柔性铰链 光纤布拉格光栅 加速度传感器 灵敏度

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