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光纤三维矢量传感器研究

作　者: 杨昌
导　师: 段发阶; 张敏
学　校: 天津大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 光纤干涉仪光纤水听器光纤三维声强矢量传感器簧片式光纤加速度传感器
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 3次
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内容摘要

水听器阵列是在海洋中所进行的诸如海底石油勘探、海洋地貌探测、舰艇和鱼雷探测等活动的关键组成部分。但是其在实际应用中存在左右弦模糊的问题，该问题需要结合矢量传感器加以解决，而加速度传感器和声强传感器恰好为矢量传感器，在水听器阵列中添加少量矢量传感器可消除阵列左右弦模糊问题，使阵列具有更高的精度。为此，本文以光纤加速度传感器和光纤声强传感器为研究对象，从理论、实验验证两个方面进行探讨。本文研究主要内容如下：(1)运用经典声强理论推导出时域和频域声强测量方法，并建立三维声强传感器模型，分析声强测量机理和测量误差，并提出相应的改善和补偿措施；(2)设计并制作了光纤三维声强传感器，通过实验验证了在大小声桶测试时，传感器对声场的影响是不一致的，而在大声桶测试时结果真实度更高。并运用大声桶实测数据绘出了声强矢量传感器在40Hz和315Hz下的指向性图，各向指向性均大于20dB，具有良好的正交性。(3)设计并制作了光纤簧片式加速度传感器，建立了其基本的质量-弹簧模型，对传感器加速度灵敏度和谐振频率进行了推导，并从传感器偏心和测试方法出发研究了传感器横向串扰。通过实验，得出传感器在质量块质量为243g，簧片厚度为1mm时，可达最高加速度灵敏度为694.2rad/g。并通过偏心理论分析计算出传感器实际的偏心角度为3.08°，为传感器设计、制作提供了指导。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-15
  1.1 光纤矢量传感器的研究意义  7
  1.2 声强矢量传感器的研究现状  7-10
  1.3 光纤加速度传感器的研究现状  10-13
  1.4 论文工作的主要内容  13-15
第二章声强型矢量传感器原理及误差分析  15-31
  2.1 概述  15
  2.2 声强型矢量传感器基本原理  15-20
    2.2.1 声强的时域测量方法  15-17
    2.2.2 声强的频域测量法  17-20
  2.3 三维声强型矢量传感器结构讨论  20-22
  2.4 三维声强型矢量传感器指向性分析  22-23
  2.5 声强型矢量传感器误差分析  23-30
    2.5.1 声强型矢量传感器原理性误差分析  24-28
    2.5.2 声强型矢量传感器实验性误差分析  28-30
  2.6 本章小结  30-31
第三章声强型矢量传感器的实验研究  31-47
  3.1 声压传感器挑选和解调电路一致性测试  31-35
  3.2 声强型矢量传感器小声桶灵敏度研究  35-36
  3.3 声强型矢量传感器大声桶灵敏度研究  36-37
  3.4 声强型矢量传感器大声桶指向性测试研究  37-43
  3.5 声强型矢量传感器消声水池指向性测试研究  43-45
  3.6 本章小结  45-47
第四章基于金属簧片的高灵敏度干涉型光纤加速度传感器  47-66
  4.1 概述  47-50
    4.1.1 光纤干涉仪结构  48-49
    4.1.2 光纤加速度传感器基本力学模型  49-50
  4.2 金属簧片式光纤加速度传感器  50-59
    4.2.1 金属簧片式光纤加速度传感器结构及原理介绍  50-51
    4.2.2 金属簧片式光纤加速度传感器加速度灵敏度及谐振频率分析  51-54
    4.2.3 金属簧片式光纤加速度传感器横向串扰理论研究  54-59
  4.3 金属簧片式光纤加速度传感器实验研究  59-65
    4.3.1 簧片式光纤加速度传感器加速度灵敏度实验研究  61-63
    4.3.2 簧片式光纤加速度传感器加速度横向串扰实验研究  63-65
  4.4 本章小结  65-66
第五章总结与展望  66-68
  5.1 总结  66
  5.2 展望  66-68
参考文献  68-72
发表论文和参加科研情况说明  72-73
致谢  73

光纤三维矢量传感器研究

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