集成光波導(dǎo)磁場傳感器的仿真研究.pdf

1、隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們對健康的日益關(guān)注,精確了解設(shè)備周圍的電磁場分布變得越來越重要。因此,各種各樣的磁場傳感器被開發(fā)出來。本文主要研究了使用Mach-Zehnder干涉儀的光波導(dǎo)磁場傳感器,由于它對被測場的干擾小,同時(shí)有效地抑制電場的影響,因此適合應(yīng)用在磁場的精確測量中。 本文首先介紹了光波導(dǎo)磁場傳感器的工作原理,并建立了光波導(dǎo)磁場傳感器的等效電路模型和傳感系統(tǒng)模型。分析了磁場傳感器傳感頭的尺寸參數(shù)對頻率響應(yīng)的影響,以及傳

2、感系統(tǒng)的靈敏度。通過計(jì)算得知,使傳感器初始相位偏置為π/2、提高電光重疊因子、減小器件插入損耗、增大環(huán)形天線面積、減小電極間距、增大光功率、降低光波長、減小相對強(qiáng)度噪聲、減小接收帶寬,對提高靈敏度的效果是非常明顯的。 由于光波導(dǎo)磁場傳感器的環(huán)形天線的長度和厚度之比相差1000倍以上,這對電磁仿真計(jì)算的網(wǎng)格劃分非常不利。為了得到精確的結(jié)果,需要非常大的網(wǎng)格數(shù)目,這造成計(jì)算速度非常緩慢,甚至超出計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。因此,有必要尋找另一

3、種高效、快速的計(jì)算方式。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種智能的分析和計(jì)算技術(shù),目前人們已經(jīng)將它應(yīng)用于計(jì)算電磁學(xué)中。一種最常見的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-BP(反向傳播)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),可以通過不斷自我調(diào)整權(quán)值而獲得自學(xué)習(xí)的能力,相對于有限元法,它的速度很快。不過由于自身算法的缺陷,它不具備全局搜索能力,結(jié)果存在隨機(jī)性,這限制了其應(yīng)用。而遺傳算法是一種全局搜索算法,將遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來,就可以揚(yáng)長避短,但是簡單的遺傳算法存在易早熟、收斂不夠精確的缺點(diǎn)。

4、 本文先對傳統(tǒng)的遺傳算法提出改進(jìn),使其收斂更快、更精確、搜索范圍更大,然后再采用結(jié)合這種遺傳算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),克服了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的以上缺點(diǎn),并對一個(gè)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行模擬,取得了非常準(zhǔn)確的結(jié)果,再把這種方法應(yīng)用到對光波導(dǎo)磁場傳感器傳感頭的頻率響應(yīng)的仿真中。通過對比已有的電磁仿真結(jié)果,發(fā)現(xiàn)這種方法的效果較好,擴(kuò)展性好,且所需的仿真時(shí)間和仿真資源比傳統(tǒng)方法大大減少。為以后利用結(jié)合遺傳算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括集成光波導(dǎo)磁場傳感器在內(nèi)的各種器