《高靈敏度全光纖低頻超低頻振動感測關鍵技術研究》是依託重慶大學，由劉敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高靈敏度全光纖低頻超低頻振動感測關鍵技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉敏
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
低頻超低頻振動測量技術在大型建築、航空航天、地球活動等領域的監測中起著舉足輕重的作用，電學振動感測器在抗惡劣環境如高溫、強電磁干擾等方面受到了一定限制，部分光學類振動感測器在感測裝置體積、抗參數交叉敏感、探測最低頻率和靈敏度方面還需改進和完善。結合課題組在光纖微加工和光纖低頻超低頻振動研究方面多年的研究基礎，為進一步降低振動感測器的可探測頻率、提高振動回響靈敏度和抗干擾能力，申請人提出一種高靈敏度的基於光動力學的微型化全光纖諧振頻率掃描式振動感測技術。核心思想是利用光輻射壓力和光制熱應力來調節微振動感測器的諧振頻率，從而實現基於微振動結構的低頻和超低頻振動測量的高靈敏度讀出。該技術的突出優點是將全光纖振動感測器集成在光纖上來實現全光纖振動感測器的微型化；通過諧振頻率掃描式的讀出機制來實現弱振動的高靈敏度檢測和提高抗干擾能力。因此該項目具有很好的學術研究意義和重要的潛在套用價值。
結題摘要
低頻超低頻振動測量技術在大型建築、機械設備、航空航天、地球活動等領域起著舉足輕重的作用，電學振動感測器在抗惡劣環境如高溫、強電磁干擾等方面受到了一定限制，部分光學類振動感測器在感測裝置體積、抗參數交叉敏感、探測最低頻率和靈敏度方面還需改進和完善。光纖感測技術因其抗電磁干擾、易組網和可遠距離測量等優點，已成為低頻振動測量技術中最具潛力的感測技術之一，但是對於構成“智慧型結構”現有的光纖振動感測器還存在一些問題，比如體積大、可探測振動頻率範圍下限偏高、溫度交叉敏感等。針對現有光纖振動感測器存在的問題，項目按照感測器的微型化、可探測振動頻率範圍低頻化和消除溫度交叉敏感的總體思想，分析了振動回響結構的理論模型及其阻尼和諧振頻率對回響度的影響，研究了三種不同類型的全光纖微型化的低頻超低頻振動感測器，並在感測器的設計、製作、最佳化和環境回響特性測試等方面做了比較系統全面的分析。經過4年的研究完成了如下三個任務：(1). 設計基於微結構光纖和琺珀干涉儀的全光纖點式簡支梁型低頻超低頻振動感測器；(2). 設計並製作帶質量塊懸臂樑式全光纖低頻F-P加速度感測器和基於微結構光纖的擺錘型全光纖點式低頻振動感測器；(3).設計製作了一種基於微結構光纖布拉格光柵的振動和溫度同時準分散式測量的全光纖感測器。設計製作的感測器集成了微振動梁和質量塊結構，可以同時對振動和溫度進行準分散式測量，可以有效探測0.5Hz～10Hz的振動，其信噪比高達28dB，為解調振動信息提供了足夠保障。同時該感測器的溫度特性線性度較好，實驗測得在20℃～180℃內，FBGs的溫度敏感度分別為8.55pm/℃和8.09pm/℃，該感測器在大型建築物和機械質量監測套用中具有很大的實用價值。發表SCI收錄論文8篇；培養了2名博士生，6名碩士研究生；全面完成了該項目的預期目標。
