低頻或超低頻振動(dòng)測量套件榮譽(yù)表彰

2016年12月7日，《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》獲得第十八屆中國專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。 2100433B

圖1示意性地示出了根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》實(shí)施例的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件100的示意圖。如圖1所示，低頻或超低頻振動(dòng)測量套件100包括撓性加速度計(jì)110、適調(diào)放大器120和穩(wěn)壓電源部件130。撓性加速度計(jì)110用于感測低頻或超低頻振動(dòng)，并根據(jù)所感測到的低頻或超低頻振動(dòng)產(chǎn)生低頻或超低頻振動(dòng)信號。適調(diào)放大器120對撓性加速度計(jì)110所感測到的低頻或超低頻振動(dòng)信號進(jìn)行放大，可選地還對所感測到的低頻或超低頻振動(dòng)信號進(jìn)行濾波，并輸出被放大和濾波的信號。由于低頻或超低頻振動(dòng)測量要求適調(diào)放大器120本身應(yīng)具有極低的電路噪聲。而普通線性電源的紋波噪聲在1～5毫伏左右，中間還夾雜例如為50赫茲的工頻干擾，因此如果利用普通電源給適調(diào)放大器120提供電源，則對微弱信號的測量非常不利。針對此種情況，根據(jù)該發(fā)明的穩(wěn)壓電源部件130提供了低噪聲和低紋波的穩(wěn)壓電源。利用來自穩(wěn)壓電源部件130的電源，適調(diào)放大器120的本底噪聲被顯著降低了，并且也去除了工頻干擾，因此，適調(diào)放大器120可以輸出準(zhǔn)確的低頻或超低頻振動(dòng)信號。

可選地，穩(wěn)壓電源部件130也可以給撓性加速度計(jì)110提供電源，從而可以減少撓性加速度計(jì)110所感測到的低頻或超低頻振動(dòng)信號中的噪聲，以進(jìn)一步提高低頻或超低頻振動(dòng)測量套件100的精確度。

下面，將結(jié)合附圖2-6來詳細(xì)描述低頻或超低頻振動(dòng)測量套件100中各個(gè)部件。

圖2示意性地示出了撓性加速度計(jì)110的示意圖。如圖2所示，撓性加速度計(jì)110通常為石英撓性加速度計(jì)，但是可以在《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的范圍之內(nèi)應(yīng)用其他撓性加速度計(jì)。撓性加速度計(jì)110包括差動(dòng)電容傳感器111、力平衡放大器113、電磁力矩器114和振動(dòng)信號輸出115。如圖所示，差動(dòng)電容傳感器111具有位于電容器中間的質(zhì)量擺112。質(zhì)量擺112靠撓性平橋（未示出）支撐，它使得加速度計(jì)在輸入軸方向的剛度最小（近乎呈自由的無約束狀態(tài)），而在其它方向的剛度極大。因此，當(dāng)沿著加速度計(jì)的輸入軸方向有由于振動(dòng)而導(dǎo)致的加速度作用時(shí)，質(zhì)量擺112的位置發(fā)生變化，從而使差動(dòng)電容傳感器111的電容值發(fā)生變化。力平衡放大器113耦接到差動(dòng)電容傳感器111，因此可以檢測差動(dòng)電容傳感器111的電容值變化，并根據(jù)該變化產(chǎn)生再平衡電流加給電磁力矩器114，而電磁力矩器114產(chǎn)生的電磁力矩又使質(zhì)量擺112回到原來的位置。振動(dòng)信號輸出115耦接到力平衡放大器113以根據(jù)再平衡電流來產(chǎn)生代表所感測到的加速度的信號。由于低頻或超低頻振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致?lián)闲约铀俣扔?jì)所感測到的加速度的變化，因此，振動(dòng)信號輸出115所產(chǎn)生的信號也代表了低頻或超低頻振動(dòng)，并也可以稱為低頻或超低頻振動(dòng)信號。振動(dòng)信號輸出115可以以電流方式或者電壓方式提供低頻或超低頻振動(dòng)信號。所有這些方式都在該發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

應(yīng)當(dāng)注意的是，力平衡放大器113通常為有源放大器，其通常需要電源輸入，而電源的穩(wěn)定性可以影響所產(chǎn)生再平衡電流的穩(wěn)定性，因此，根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的一個(gè)實(shí)施例，力平衡放大器113也由穩(wěn)壓電源部件130提供電源。

還應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然圖2中給出了撓性加速度計(jì)的一個(gè)實(shí)例，但是該領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》不限于此，所有可以以電流方式或者電壓方式提供低頻或超低頻振動(dòng)信號的撓性加速度計(jì)都在該發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的一個(gè)實(shí)施例，撓性加速度計(jì)110的靈敏度為1.2～1.4毫安/克，因此由撓性加速度計(jì)110產(chǎn)生的信號微弱。通常使用撓性加速度計(jì)110的低頻或超低頻振動(dòng)臺(tái)在振動(dòng)頻率較低時(shí)，推力小，受外界如電噪聲、噪音和機(jī)械噪聲等干擾非常嚴(yán)重。因此，如果不采用放大和濾波等手段，由撓性加速度計(jì)產(chǎn)生的低頻或超低頻振動(dòng)信號將完全淹沒在噪聲之中。

圖3和4示意性地示出了適于在根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件中使用的適調(diào)放大器120的示意圖和特定的電路圖。如圖3所示，適調(diào)放大器120具有用于接收低頻或超低頻振動(dòng)信號的輸入端121。輸入端121可以是接收電流信號的輸入端121_1或者接收電壓信號的輸入端121_2。如果輸入信號為電流信號，則適調(diào)放大器120還具有耦接到輸入端121_1的電流電壓變換器122，用于將所接收的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。

適調(diào)放大器120所接收的低頻或超低頻振動(dòng)信號具有靜態(tài)分量和動(dòng)態(tài)分量。靜態(tài)分量即在沒有振動(dòng)時(shí)低頻或超低頻振動(dòng)信號的值，一般而言，靜態(tài)分量不是恰好為零值，而動(dòng)態(tài)信號即在感測到低頻或超低頻振動(dòng)時(shí)的信號變化，其通常在靜態(tài)分量值的上下震蕩。而對于信號處理而言，消除靜態(tài)分量，即將信號中的靜態(tài)分量值降低為零具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。為此，適調(diào)放大器120還內(nèi)設(shè)有調(diào)零電路123。調(diào)零電路123提供了電壓基準(zhǔn)原，其電壓值與所接收的電壓信號（或者轉(zhuǎn)換后的電壓信號）中的靜態(tài)分量相對應(yīng)。適調(diào)放大器120還包括耦接到輸入端121和調(diào)零電路123的減法器124。減法器124接收表示低頻或超低頻振動(dòng)的電壓信號和調(diào)零電路123提供的基準(zhǔn)電壓，并從表示低頻或超低頻振動(dòng)的電壓信號中減去基準(zhǔn)電壓以提供待放大的電壓信號。此時(shí)，待放大的電壓信號的靜態(tài)分量被調(diào)整為零，即電壓信號變?yōu)樵诹阒蹈浇鹗幍男盘?，這特別適合于后續(xù)信號處理。

適調(diào)放大器120隨后包括多級放大器125，其耦接到減法器124的輸出端以獲取待放大的電壓信號并對該電壓信號進(jìn)行放大?？梢岳眠x通開關(guān)來選擇多級放大器之一來對電壓信號進(jìn)行不同倍數(shù)的放大，以適應(yīng)于不同的應(yīng)用環(huán)境。根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的一個(gè)實(shí)施例并如圖4所示，適調(diào)放大器120具有5級串聯(lián)連接的10倍直流放大器125_1，...125_5，每級放大器的輸入通過選通開關(guān)連接到多級濾波器126的濾波輸入端。因此，放大器125可以提供×1、×10、×100、×1000、×10000或者×100000的放大輸出，而且可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件選擇上述放大倍數(shù)之一。

可選地，多級濾波器126接收被多級放大器125放大后的信號，并對該放大后的信號進(jìn)行濾波。多級濾波器126可以提供多種濾波方式，以便根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件選擇濾波方式之一。例如，如參考圖4所述的那樣，多級濾波器126為二階多級有源低通濾波器，其可以提供無濾波、0.02赫茲、0.2赫茲、2赫茲或者20赫茲的低通濾波方式。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?shù)臑V波方式，以有效濾除低頻或超低頻振動(dòng)信號中的噪聲。

隨后，適調(diào)放大器120輸出經(jīng)過多級濾波器126處理的信號作為低頻或超低頻振動(dòng)信號。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在適調(diào)放大器120中，有多個(gè)部件，例如但不限于調(diào)零電路123、多級濾波器126或者電流電壓變換器122等都需要電源供應(yīng)，而低頻或超低頻振動(dòng)測量要求適調(diào)放大器120本身應(yīng)具有極低的電路噪聲。普通線性電源的紋波噪聲在1～5毫伏左右，中間還夾雜50赫茲的工頻干擾，這對微弱信號的測量非常不利。因此，需要專門設(shè)計(jì)的電源部件以向適調(diào)放大器120提供低噪聲、低紋波的穩(wěn)壓電源。根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的一個(gè)實(shí)施例，穩(wěn)壓電源應(yīng)當(dāng)滿足在±15伏輸出的條件下，紋波峰峰值僅為微伏級。這可以降低適調(diào)放大器120的本底噪聲，去除50赫茲的工頻干擾，為后續(xù)的信號處里和測量提供了有力的保證。

圖5和圖6示意性地示出了適于在根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件100中使用的穩(wěn)壓電源部件130的示意圖和示例電路圖。如圖5和圖6所示，穩(wěn)壓電源部件130具有輸入端131用于接收傳統(tǒng)交流電源，如220伏，50赫茲的交流電源。所接收的交流電源經(jīng)由單相橋式整流電容濾波電路132過濾為直流但是電壓波形不穩(wěn)的電壓信號。隨后，該電壓信號由耦接到電容濾波電路132的一級穩(wěn)壓部件133和耦接到一級穩(wěn)壓部件的二級穩(wěn)壓部件134進(jìn)行穩(wěn)壓。二級穩(wěn)壓部件134還向一級穩(wěn)壓部件133提供反饋以構(gòu)成反饋式跟蹤穩(wěn)壓電路，由此可以降低電壓波動(dòng)。經(jīng)過穩(wěn)壓的信號由耦接到二級穩(wěn)壓部件134的π濾波電路135進(jìn)行進(jìn)一步處理以去掉信號中的高頻噪聲。根據(jù)該發(fā)明的實(shí)施例并如圖6所示，π濾波電路135具有LC結(jié)構(gòu)，然而其他結(jié)構(gòu)的π濾波電路135也在該發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此時(shí)所獲得的電源信號已經(jīng)可以較好地滿足《該發(fā)明的應(yīng)用。但是為了進(jìn)一步穩(wěn)定電源信號的電壓幅值，可以再進(jìn)行一次穩(wěn)壓，即在π濾波電路135之后耦接三級穩(wěn)壓部件136以便進(jìn)一步對電源電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，從而提供紋波噪聲小的、純凈穩(wěn)定的直流電源到電源輸出端137。

1.一種低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，包括：石英撓性加速度計(jì)，測量低頻或超低頻振動(dòng)并輸出以電壓或者電流方式表示的低頻或超低頻振動(dòng)信號；適調(diào)放大器，接收所述石英撓性加速度計(jì)輸出的低頻或超低頻振動(dòng)信號，對所述低頻或超低頻振動(dòng)信號進(jìn)行可選的放大處理并輸出經(jīng)所述處理后的低頻或超低頻振動(dòng)信號；以及穩(wěn)壓電源部件，用于為所述適調(diào)放大器提供穩(wěn)壓電源，其中所述穩(wěn)壓電源部件包括：電源輸入端，以提供輸入電源；耦接到所述電源輸入端的一級穩(wěn)壓部件以及耦接到所述一級穩(wěn)壓部件的二級穩(wěn)壓部件，所述一級和二級穩(wěn)壓部件構(gòu)成反饋式跟蹤穩(wěn)壓電路，以降低所述輸入電源電壓的波動(dòng)；耦接到所述二級穩(wěn)壓部件的π濾波電路，以進(jìn)一步過濾所述電源電壓中的高頻分量；以及電源輸出端，輸出經(jīng)穩(wěn)壓的電源給所述適調(diào)放大器。

2.如權(quán)利要求1所述的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，其中所述穩(wěn)壓電源部件的電源輸出端還輸出經(jīng)穩(wěn)壓的電源到所述撓性加速度計(jì)。

3.如權(quán)利要求1所述的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，其中所述穩(wěn)壓電源部件還包括：耦接在所述LC濾波電路和所述電源輸出端之間的三級穩(wěn)壓部件，用于進(jìn)一步降低所述電源電壓的波動(dòng)。

4.如權(quán)利要求1-3中的任一個(gè)所述的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，其中所述適調(diào)放大器還包括：調(diào)零電路，接收來自所述穩(wěn)壓電源部件的經(jīng)穩(wěn)壓的電源，并提供與所述低頻或超低頻振動(dòng)信號中的靜態(tài)分量相對應(yīng)的調(diào)零信號；以及減法器，接收所述低頻或超低頻振動(dòng)信號和所述調(diào)零信號，并輸出從所述低頻或超低頻振動(dòng)信號中減去所述調(diào)零信號之后的經(jīng)調(diào)零信號。

5.如權(quán)利要求4所述的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，其中所述適調(diào)放大器還包括：多級直流放大器，接收所述經(jīng)調(diào)零信號并進(jìn)行多級直流放大，以提供多個(gè)放大后的低頻或超低頻振動(dòng)信號。

6.如權(quán)利要求5所述的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，其中所述多級直流放大器分別提供放大1倍、10倍、100倍和1000倍的放大后的低頻或超低頻振動(dòng)信號。

7.如權(quán)利要求1-6中的任一個(gè)所述的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，其中所述適調(diào)放大器還包括：多個(gè)有源濾波器，接收來自所述穩(wěn)壓電源部件的經(jīng)穩(wěn)壓的電源，用于對所述放大后的低頻或超低頻振動(dòng)信號進(jìn)行濾波。

8.如權(quán)利要求7所述的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，其中所述多個(gè)濾波器用于分別針對0.02赫茲、0.2赫茲、2赫茲和20赫茲的頻率進(jìn)行濾波。

9.如權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，其中所述撓性加速度計(jì)包括：差動(dòng)電容傳感器，其包括處于所述差動(dòng)電容傳感器中間的質(zhì)量擺，所述質(zhì)量擺在加速度的作用下發(fā)生偏移而導(dǎo)致所述差動(dòng)電容傳感器的電容值發(fā)生變化；力平衡放大器，耦接到所述差動(dòng)電容傳感器，并根據(jù)所述差動(dòng)電容傳感器的電容值變化而產(chǎn)生再平衡電流；電磁力矩器，耦接到所述差動(dòng)電容傳感器和所述力平衡放大器，接收所述再平衡電流并產(chǎn)生電磁力矩，以導(dǎo)致所述質(zhì)量擺返回原來位置；信號輸出端，耦接到所述力平衡放大器，以輸出由所述再平衡電流所表示的低頻或超低頻振動(dòng)信號。

10.如權(quán)利要求9所述的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，其中所述力平衡放大器為有源放大器，并且由所述穩(wěn)壓電源部件提供穩(wěn)壓電源。

《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》涉及低頻和超低頻振動(dòng)領(lǐng)域，尤其涉及用于對低頻或者超低頻振動(dòng)進(jìn)行測量的傳感器及包括該傳感器的測量套件。

圖1示意性地示出了根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》實(shí)施例的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件的示意圖；

圖2示意性地示出了適于在根據(jù)該發(fā)明的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件中使用的撓性加速度計(jì)的示意圖；

圖3示意性地示出了適于在根據(jù)該發(fā)明的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件中使用的適調(diào)放大器的示意圖；

圖4示意性地示出了根據(jù)該發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的適調(diào)放大器的電路圖；

圖5示意性地示出了適于在根據(jù)該發(fā)明的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件中使用的穩(wěn)壓電源部件的示意圖；

圖6示意性地示出了根據(jù)該發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的穩(wěn)壓電源部件的電路圖。

低頻或超低頻振動(dòng)測量套件專利目的

《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》提出了一種可以解決上述問題的低頻或超低頻振動(dòng)測量套件。

低頻或超低頻振動(dòng)測量套件技術(shù)方案

《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，2010年9月前在航天系統(tǒng)中使用的、應(yīng)用于飛行器姿態(tài)控制的石英撓性伺服加速度計(jì)具有體積小、重量輕、高分辨率和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，且具有直流響應(yīng)的特性。如果將該類傳感器應(yīng)用于低頻或超低頻振動(dòng)測量，并針對該類傳感器設(shè)計(jì)特定的電源和適調(diào)放大器，則可以對低頻或超低頻振動(dòng)進(jìn)行精確的測量。該發(fā)明基于上述發(fā)現(xiàn)而做出。

根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的一個(gè)方面，提供了一種低頻或超低頻振動(dòng)測量套件，包括：石英撓性加速度計(jì)，測量低頻或超低頻振動(dòng)并輸出以電壓或者電流方式表示的低頻或超低頻振動(dòng)信號；適調(diào)放大器，接收所述石英撓性加速度計(jì)輸出的低頻或超低頻振動(dòng)信號，對所述低頻或超低頻振動(dòng)信號進(jìn)行可選的放大處理并輸出經(jīng)處理的低頻或超低頻振動(dòng)信號；以及穩(wěn)壓電源部件，用于為所述適調(diào)放大器提供穩(wěn)壓電源，其中所述穩(wěn)壓電源部件包括：電源輸入端，以提供輸入電源；耦接到所述電源輸入端的一級穩(wěn)壓部件以及耦接到所述一級穩(wěn)壓部件的二級穩(wěn)壓部件，所述一級和二級穩(wěn)壓部件構(gòu)成反饋式跟蹤穩(wěn)壓電路，以降低所述輸入電源電壓的波動(dòng)；耦接到所述二級穩(wěn)壓部件的LC濾波電路，以進(jìn)一步過濾所述電源電壓中的高頻分量；以及電源輸出端，輸出經(jīng)穩(wěn)壓的電源給所述適調(diào)放大器。

可選地，穩(wěn)壓電源部件的電源輸出端還輸出經(jīng)穩(wěn)壓的電源到撓性加速度計(jì)。

可選地，穩(wěn)壓電源部件還包括耦接在所述LC濾波電路和所述電源輸出端之間的三級穩(wěn)壓部件，用于進(jìn)一步降低所述電源電壓的波動(dòng)。

可選地，適調(diào)放大器還包括：調(diào)零電路，接收來自所述穩(wěn)壓電源部件的經(jīng)穩(wěn)壓的電源，并提供與所述低頻或超低頻振動(dòng)信號中的靜態(tài)分量相對應(yīng)的調(diào)零信號；減法器，接收所述低頻或超低頻振動(dòng)信號和所述調(diào)零信號，并輸出從所述低頻或超低頻振動(dòng)信號中減去所述調(diào)零信號之后的經(jīng)調(diào)零信號；多級直流放大器，接收所述經(jīng)調(diào)零信號并進(jìn)行多級直流放大，以提供多個(gè)放大后的低頻或超低頻振動(dòng)信號；以及多個(gè)有源濾波器，接收來自所述穩(wěn)壓電源部件的經(jīng)穩(wěn)壓的電源，用于對所述放大后的低頻或超低頻振動(dòng)信號進(jìn)行濾波。

低頻或超低頻振動(dòng)測量套件改善效果

根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，根據(jù)《低頻或超低頻振動(dòng)測量套件》的適調(diào)放大器在0.01赫茲～100赫茲的低頻或超低頻振動(dòng)范圍內(nèi)取得了較好的測量效果。

低頻和超低頻振動(dòng)屬于自然界中存在面較廣的物理現(xiàn)象，如橋梁、大壩、高樓、大型水輪機(jī)組等大型結(jié)構(gòu)的環(huán)境振動(dòng)以及地震中的一些振動(dòng)等都屬于低頻或超低頻振動(dòng)。這些大型結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生危險(xiǎn)，將會(huì)造成不可估量的損失，因此開展低頻和超低頻振動(dòng)的研究意義重大。

截至2010年9月，用于低頻或超低頻振動(dòng)測量的加速度傳感器比較較少，而且使用的低頻加速度傳感器的振動(dòng)頻率幾乎都是在0.5赫茲以上。此外，常用于地震測量的地震計(jì)也用于低頻或超低頻振動(dòng)測量，但是地震計(jì)體積較大，除了特殊場合，不太適合實(shí)驗(yàn)室的研究，且多為速度型傳感器。

因此，需要一種體積較小的、能夠?qū)Φ皖l或超低頻振動(dòng)進(jìn)行精確測量的低頻或超低頻振動(dòng)套件。

此套件主要針對于振動(dòng)計(jì)量部門的標(biāo)準(zhǔn)考核和振動(dòng)量值的傳遞工作，此套件的出現(xiàn)為振動(dòng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)提供了一種溯源途徑，填補(bǔ)低頻或超低頻振動(dòng)計(jì)量無合適傳遞標(biāo)準(zhǔn)的空白。

低頻超低頻振動(dòng)測量技術(shù)在大型建筑、航空航天、地球活動(dòng)等領(lǐng)域的監(jiān)測中起著舉足輕重的作用，電學(xué)振動(dòng)傳感器在抗惡劣環(huán)境如高溫、強(qiáng)電磁干擾等方面受到了一定限制，部分光學(xué)類振動(dòng)傳感器在傳感裝置體積、抗參數(shù)交叉敏感、探測最低頻率和靈敏度方面還需改進(jìn)和完善。結(jié)合課題組在光纖微加工和光纖低頻超低頻振動(dòng)研究方面多年的研究基礎(chǔ)，為進(jìn)一步降低振動(dòng)傳感器的可探測頻率、提高振動(dòng)響應(yīng)靈敏度和抗干擾能力，申請人提出一種高靈敏度的基于光動(dòng)力學(xué)的微型化全光纖諧振頻率掃描式振動(dòng)傳感技術(shù)。核心思想是利用光輻射壓力和光制熱應(yīng)力來調(diào)節(jié)微振動(dòng)傳感器的諧振頻率，從而實(shí)現(xiàn)基于微振動(dòng)結(jié)構(gòu)的低頻和超低頻振動(dòng)測量的高靈敏度讀出。該技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是將全光纖振動(dòng)傳感器集成在光纖上來實(shí)現(xiàn)全光纖振動(dòng)傳感器的微型化；通過諧振頻率掃描式的讀出機(jī)制來實(shí)現(xiàn)弱振動(dòng)的高靈敏度檢測和提高抗干擾能力。因此該項(xiàng)目具有很好的學(xué)術(shù)研究意義和重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。

低頻超低頻振動(dòng)測量技術(shù)在大型建筑、機(jī)械設(shè)備、航空航天、地球活動(dòng)等領(lǐng)域起著舉足輕重的作用，電學(xué)振動(dòng)傳感器在抗惡劣環(huán)境如高溫、強(qiáng)電磁干擾等方面受到了一定限制，部分光學(xué)類振動(dòng)傳感器在傳感裝置體積、抗參數(shù)交叉敏感、探測最低頻率和靈敏度方面還需改進(jìn)和完善。光纖傳感技術(shù)因其抗電磁干擾、易組網(wǎng)和可遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點(diǎn)，已成為低頻振動(dòng)測量技術(shù)中最具潛力的傳感技術(shù)之一，但是對于構(gòu)成“智能結(jié)構(gòu)”現(xiàn)有的光纖振動(dòng)傳感器還存在一些問題，比如體積大、可探測振動(dòng)頻率范圍下限偏高、溫度交叉敏感等。 針對現(xiàn)有光纖振動(dòng)傳感器存在的問題，項(xiàng)目按照傳感器的微型化、可探測振動(dòng)頻率范圍低頻化和消除溫度交叉敏感的總體思想，分析了振動(dòng)響應(yīng)結(jié)構(gòu)的理論模型及其阻尼和諧振頻率對響應(yīng)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(dòng)傳感器，并在傳感器的設(shè)計(jì)、制作、優(yōu)化和環(huán)境響應(yīng)特性測試等方面做了比較系統(tǒng)全面的分析。經(jīng)過4年的研究完成了如下三個(gè)任務(wù)：(1). 設(shè)計(jì)基于微結(jié)構(gòu)光纖和琺珀干涉儀的全光纖點(diǎn)式簡支梁型低頻超低頻振動(dòng)傳感器；(2). 設(shè)計(jì)并制作帶質(zhì)量塊懸臂梁式全光纖低頻F-P加速度傳感器和基于微結(jié)構(gòu)光纖的擺錘型全光纖點(diǎn)式低頻振動(dòng)傳感器；(3).設(shè)計(jì)制作了一種基于微結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵的振動(dòng)和溫度同時(shí)準(zhǔn)分布式測量的全光纖傳感器。設(shè)計(jì)制作的傳感器集成了微振動(dòng)梁和質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)對振動(dòng)和溫度進(jìn)行準(zhǔn)分布式測量，可以有效探測0.5Hz～10Hz的振動(dòng)，其信噪比高達(dá)28dB，為解調(diào)振動(dòng)信息提供了足夠保障。同時(shí)該傳感器的溫度特性線性度較好，實(shí)驗(yàn)測得在20℃～180℃內(nèi)，F(xiàn)BGs的溫度敏感度分別為8.55pm/℃和8.09pm/℃，該傳感器在大型建筑物和機(jī)械質(zhì)量監(jiān)測應(yīng)用中具有很大的實(shí)用價(jià)值。 發(fā)表SCI收錄論文8篇；培養(yǎng)了2名博士生，6名碩士研究生；全面完成了該項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)。 2100433B