集成光波導磁場傳感器的仿真研究.pdf

1、隨著電子技術的不斷進步和人們對健康的日益關注,精確了解設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干涉儀的光波導磁場傳感器,由于它對被測場的干擾小,同時有效地抑制電場的影響,因此適合應用在磁場的精確測量中。 本文首先介紹了光波導磁場傳感器的工作原理,并建立了光波導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)對頻率響應的影響,以及傳

2、感系統(tǒng)的靈敏度。通過計算得知,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,這造成計算速度非常緩慢,甚至超出計算機的計算能力。因此,有必要尋找另一

3、種高效、快速的計算方式。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡是一種智能的分析和計算技術,目前人們已經(jīng)將它應用于計算電磁學中。一種最常見的人工神經(jīng)網(wǎng)絡-BP(反向傳播)神經(jīng)網(wǎng)絡,可以通過不斷自我調(diào)整權值而獲得自學習的能力,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)果存在隨機性,這限制了其應用。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)絡結(jié)合起來,就可以揚長避短,但是簡單的遺傳算法存在易早熟、收斂不夠精確的缺點。

4、 本文先對傳統(tǒng)的遺傳算法提出改進,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,克服了神經(jīng)網(wǎng)絡的以上缺點,并對一個目標函數(shù)進行模擬,取得了非常準確的結(jié)果,再把這種方法應用到對光波導磁場傳感器傳感頭的頻率響應的仿真中。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,擴展性好,且所需的仿真時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)絡優(yōu)化設計包括集成光波導磁場傳感器在內(nèi)的各種器