光纖空間壓電加速度計及其消噪技術的探討

壓電加速度計是測振領域中應用zui多的加速度計，因為它靈敏度高，二次儀表簡單，理論與技術成熟但在某些特殊的應用場合和要求，譬如對海上鉆井平臺、地震、大型基礎構件等振動加速度的測量，需要對其空間特性進行描述，并且在絕緣條件下進行，傳統的壓電加速度計己不能勝任為此設計了這種光纖三維空間壓電加速度計。
2系統組成與工作原理21系統組成系統組成如所示。圖中，壓電傳感器給出三維加速度信號經電光轉換后由50m多模階躍型光纖傳輸至光電轉換器恢復成電信號，再經鎖定放大器處理后，輸出顯示2.2壓電傳感器構成與原理傳感器主要由壓電元件、固定在壓電元件上大敏感質量塊、電荷放大器以及LED組成傳感器中，采用低粗糙度多塊PZT與壓電陶瓷片疊成疊片組，一組由壓縮型片堆疊，用來測量z軸（垂直方向振動加速度信號，另兩組由剪切型片堆疊，用來測量x軸和y軸的振動加速度信號。傳感器機械結構可等效為所示的三維力學基金項目：河北省科技攻關項目：獲1992年河北省科技進步三等獎Z為質量塊相對基座的各向相對位移；K為剛度系數；C為阻尼系數；FkxFkyFkz為彈性力在XYZ因為壓電元件的彈性模量很大，振動加速度引起的相對位移很小，約束方向變形與自由度方向變形相比可以忽略因此，這種力學結構可近似三個互無影響的單自由度質量一一彈簧系統的集合以Z方向為例，其方程解的形式為率；k為Z方向固有諧振角頻率；h為Z方向初相角；Y=G/kn因為壓電加速度傳感器的質量塊與殼體間相對位移很小，壓電元件受力變形在線性彈性范圍內滿達電荷靈敏度，并推廣到各個軸向，zui后得到各向電荷靈敏度的幅頻特性Sq-=敏度的大小及其頻率的靈敏系數取決于傳感器的結構、壓電材料的各向壓電特性以及慣性質量塊質量等因素，僅從壓電系數上看，由于XY方向壓電陶瓷片工作于剪切狀態，其壓電系數為d24，而Z向工作在壓縮模式，其壓電系數為d33對于PZT與壓電陶瓷d24>d33，所以XY向的電荷靈敏度比Z向的要大，這一點己由同步檢波法的消噪效果加速度計的輸出特性與功率特性5結論采用光纖傳輸內裝電荷放大器的三維壓電加速度計不僅提高了加速度計的低頻響應（低頻下限可達Q 03Hz），而且使被測量的傳輸不受各種非測量信號干擾的影響，擴展了壓電加速度計在超高壓電力系統易燃易爆禁電區等特殊場合下的應用。