振動存在于我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?例如橋梁、高樓、礦井等大型建筑,飛機、高鐵、船舶等交通工具,以及各種大型儀器設(shè)備等等。當(dāng)這些工程結(jié)構(gòu)中發(fā)生異常振動時,通常會造成振動對象的損傷,并有著一些潛在的危險。由于光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、尺寸小、重量輕、耐溫性能好、波分復(fù)用能力強、耐腐蝕等諸多優(yōu)點,是傳統(tǒng)電磁振動傳感器無法比擬的,因此成為了傳感器研究領(lǐng)域的熱門話題。對光纖傳感原理和FBG低頻振動傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計進行理論分析,測試所設(shè)計傳感器的動態(tài)響應(yīng)特性。主要工作內(nèi)容如下:本文首先闡述了振動檢測的重大意義,由于檢測環(huán)境復(fù)雜,光纖傳感器成為了最佳選擇之一。詳細(xì)介紹了光纖傳感的發(fā)展歷史,深入了解了光纖布拉格光柵在振動傳感領(lǐng)域的發(fā)展歷程,總結(jié)了大量適用于低頻測量的基于懸臂梁結(jié)構(gòu)和柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的FBG振動傳感器,為設(shè)計FBG低頻振動傳感器的結(jié)構(gòu)選擇打下堅實基礎(chǔ)。其次從麥克斯韋方程組出發(fā),研究了FBG的耦合模理論,為FBG傳感理論作出鋪墊。介紹了FBG的工作原理以及應(yīng)用在應(yīng)變、溫度和振動區(qū)域的傳感原理。為后續(xù)章節(jié)設(shè)計兩款不同結(jié)構(gòu)FBG低頻振動傳感器的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)指導(dǎo)。然后設(shè)計了一種基于懸臂梁式結(jié)... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

相位掩模法的簡易原理圖

第2章FBG振動傳感器基本理論12與應(yīng)變表達式相同，如式（2.12），所以通過對FBG中心波長變化規(guī)律進行研究計算就可以獲得振動參數(shù)中的加速度和頻率[44]。2.3FBG振動傳感器理論模型本文研究的FBG振動傳感器主要是根據(jù)慣性原理設(shè)計的，可簡化為二階單自由度受迫振動系統(tǒng)，如圖2.2所示。圖2.2懸臂梁式FBG振動傳感器工作原理圖在上圖中所代表的具體含義為空間固定坐標(biāo)，在上圖中所代表的具體含義為外殼隨體坐標(biāo)，結(jié)構(gòu)振動，與相對位移[45]。質(zhì)量塊質(zhì)量塊的運動表達式為22mxdydyckymadtdt++=................................（2.17）m在上述公式中所代表的具體含義為質(zhì)量塊所擁有的質(zhì)量；xa在上述公式中所代表的具體含義為外殼伴隨支座運動在x坐標(biāo)系中所達到的加速度。因此xma在上述公式中所代表的具體含義為y坐標(biāo)系中所存在慣性力。式（2.17）兩邊除以m得222002xdydyyadtdl++=...............................（2.18）式中，阻尼比=2ccc=cmK，cc為臨界阻尼，0=Km為該二階單自由度受迫振動系統(tǒng)的固有頻率。振動傳感器能夠?qū)ν饨缯駝游矬w加速度進行檢測。FBG振動傳感器將加速度信號進行了轉(zhuǎn)換，此時也就可以呈現(xiàn)為FBG中心波長的變化，對波長信號進

第3章懸臂梁式FBG振動傳感器的設(shè)計與實現(xiàn)153.2懸臂梁式FBG振動傳感器理論分析圖3.2懸臂梁式FBG振動傳感器力學(xué)模型如圖3.2所示將懸臂梁結(jié)構(gòu)簡化并進行受力分析。根據(jù)懸臂梁的機械原理，當(dāng)質(zhì)量塊端受到向下的力F時，梁上每點的應(yīng)變?yōu)?6=LFKFEbh=.........................................（3.1）式中，L是懸臂梁的長度，E是梁的彈性模量，h是懸臂梁的厚度，b是懸臂梁的底部寬度。因為本章設(shè)計的懸臂梁式FBG低頻振動傳感器質(zhì)量塊的重量遠遠大于懸臂梁重量，所以可以忽略懸臂梁重量對傳感器固有頻率的影響。懸臂梁活動端L處的撓度值為2=hL................................................（3.2）根據(jù)公式（2.3）可以得到懸臂梁的等效彈簧剛度表達式33=6EbhKL...............................................（3.3）由公式（3.3）可知懸臂梁表面的應(yīng)變與懸臂梁的材料的楊氏模量E和懸臂梁的幾何尺寸有關(guān)。已知光纖光柵中心波長的變化量B與光纖軸向應(yīng)變的關(guān)系為：()e1BB=P........................................（3.4）根據(jù)牛頓加速度定理F=ma，把式（3.1）代入式（3.4）得

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于FBG加速度傳感器的振動檢測系統(tǒng)[D]. 賈鵬.南昌航空大學(xué) 2018
[2]公路鋼橋危橋加固實例研究[D]. 畢德鵬.國防科技大學(xué) 2017
[3]基于FBG傳感器的振動檢測系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)[D]. 葛婉寧.山東大學(xué) 2017
[4]光纖光柵振動加速度傳感器的優(yōu)化設(shè)計及振動體的振動模態(tài)分析[D]. 周浩強.西安石油大學(xué) 2013



本文編號：3586525