论文部分内容阅读
近年来由于对声子晶体研究的不断深入和光纤传感技术的迅猛发展,这两方面的研究也吸引了人们越来越多的注意。本文将这两种技术结合,围绕基于声子晶体滤波的光纤振动传感器做了以下研究。 首先从声子晶体的理论方面,描述了声子晶体的基本理论和弹性波基本理论、倒格矢、倒空间与能带结构的原理,基于平面波展开法对一维声子晶体的能带结构进行了仿真分析。计算了由铅和环氧树脂组成,且组分比为1:1、晶格常数为10mm的一维声子晶体,在300~1200kHz的频率范围内存在1个带隙;并基于传输矩阵法对其透射谱进行了仿真分析。为了能够滤除横波频率,使用杆状声子晶体,并通过边界条件的添加对细杆的波动方程进行了推导。 在一维杆状声子晶体的方面,本文通过平面波展开法和传输矩阵法计算了一维杆状声子晶体的带隙,并通过对比一维声子晶体的仿真发现:相对于同样组成方式的一维声子晶体,一维杆状声子晶体在相同的频率范围内,具有的带隙数量更多。通过仿真计算,分析了材料参数对声子晶体带隙的影响,确定了适合制造振动传感器滤波用的一维杆状声子晶体的材料:铝、硅橡胶。由于硅橡胶这类高分子材料的粘弹特性,基于白光干涉原理和光纤法布里-珀罗腔原理设计实验,测量得到硅橡胶的杨氏模量约为3.3×106Pa和吸收系数约为4.926×10-7s/m。初步确定了适用于光纤振动传感器滤波所使用的一维杆状声子晶体的材料参数、结构(铝和硅橡胶,晶格常数10mm,组分比1:1)。 在基于声子晶体滤波的光纤振动传感器的研究方面,通过基于声子晶体滤波的光纤振动传感器的设计及实验,测量了在以振动台为激励时传感器的响应,得到了在1kHz~1.8kHz频率范围的初步滤波效果;通过基于声子晶体滤波的光纤法布里-珀罗腔振动传感器的设计及实验,测量在以PZT为激励时传感器的响应,分别得到了两个层数不同的声子晶体的滤波情况,确定10层为该结构对于中低频信号的最佳滤波层数。