微型光纖加速度計系統(tǒng)研究.pdf

1、該文研究了一種基于自聚焦(GRIN)透鏡的微型光纖加速度計系統(tǒng).它是一種光強調制型光纖傳感器,具有結構簡單、靈敏度高、抗電磁干擾、傳輸頻帶寬等特點.在該系統(tǒng)中設計了脈沖數字式再平衡回路,使得該微型光纖加速度傳感器和一般的光纖傳感器相比,又具有動、靜態(tài)性能較好,精度、穩(wěn)定性較高等優(yōu)點.在文中,首先介紹了光線在階躍型光纖和梯度折射型光纖中的傳播路徑,以及在一端鍍有反射膜的1/4波節(jié)長度的GRIN透鏡中的成像規(guī)律,并推導了光功率耦合函數.通過

2、分析微位移與光功率的關系,以及加速度與微位移的關系,建立了加速度與光功率的關系.然后,從控制理論的角度對整個數字式光纖加速度計系統(tǒng)進行了分析,著重研究了系統(tǒng)中各部分的傳遞函數,指出了包括分辨率、標度因數、采樣約束和精度等在內的一般問題,同時設計了系統(tǒng)的校正網絡,并指出在實際電路中應該注意的問題.最后,介紹了數字式加速度計的參考電路設計,其中重點介紹了數字式再平衡回路的設計,包括脈寬調制、恒流源、極性開關等電路的設計.在該方案中,為盡可能

3、地提高檢測效果,我們對光源進行了調制,以達到抗噪聲的目的;在前置放大部分,采用組合差動放大電路進行電流電壓的轉換,這種電路具有高增益、高精度、低輸入阻抗和抗干擾能力強等優(yōu)點;為提高精度,相干檢測和鎖相跟蹤技術被應用到系統(tǒng)中來;設計脈寬調制電路時,擯棄了以往的分立元件實現(xiàn)脈寬調制的方法,采用SG3525集成PWM控制器,簡化了設計過程,大幅度減少了元器件數量和連接焊點,使整個系統(tǒng)性能更好、更容易集成.該傳感器通過改造,適當選擇換能機構的設