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随着建筑工程、航天工程、电网工程、交通工程等工程领域的迅速发展,为能及时发现工程中的问题隐患,必须对工程进行健康监测及故障诊断。基于FBG加速度传感器相对于传统电磁类传感器及其他光学传感器具有其特有的优点,更加适用环境较为恶劣的工程领域,因此,对光纤光栅加速度传感器的研究具有十分重要的科学意义。本文设计并研发了一种基于扭转梁的光纤光栅加速度传感器,将扭应变量与加速度量结合,通过对扭应变量的检测,检测出加速度信号的大小。该传感器基于其扭转梁的结构可以实现在扭转梁结构不变的情况下扩大光纤光栅缠绕半径,以提高传感器的加速度灵敏度,即保证在一定固有频率不变的情况下,适当增大传感器的灵敏度,在一定程度上克服了传统梁式传感器固有频率与灵敏度之间的矛盾问题。本文的主要研究内容如下:(1)设计一种扭转梁光纤光栅加速度传感器。将光纤光栅粘贴于扭转梁上质量可以忽略的薄片上,通过增大薄片半径增大光纤光栅缠绕半径,即增大光纤光栅对扭转梁扭应变的灵敏度。该传感器避免了传统梁式光纤光栅加速度传感器的谐振频率与加速度灵敏度之间的矛盾问题,即传统梁式光纤光栅加速度传感器谐振频率高时,加速度灵敏度较低;加速度灵敏度高时,谐振频率较低。(2)基于光纤光栅加速度传感器的结构及光纤光栅的传感原理,对扭转梁光纤光栅加速度传感器的模型进行分析,应用力学知识计算出该扭转梁光纤光栅加速度传感器传感原理的数学模型。(3)对扭转梁光纤光栅加速度传感器的结构进行有限元分析及优化处理,通过改变传感器各结构的尺寸等参数模拟出传感器的三种最佳结构,并根据仿真结果分别计算出传感器的灵敏度和谐振频率的参数特性。传感器A谐振频率为1032.2Hz,加速度灵敏度为5.882pm/g;传感器B的谐振频率为689.7Hz,加速度灵敏度为13.362pm/g;传感器C的谐振频率为1022.7Hz,加速度灵敏度为6.715pm/g。(4)根据优化结果对传感器进行加工制作,并搭建加速度传感器测试系统,对传感器进行测试,通过对测试结果的分析计算,得出实物传感器的各项性能参数。传感器A谐振频率为1180Hz,加速度灵敏度为5.115pm/g;传感器B的谐振频率为460Hz,加速度灵敏度为18.283pm/g;传感器C的谐振频率为1120Hz,加速度灵敏度为6.290pm/g。