微型光纖加速度計(jì)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(jì)系統(tǒng).它是一種光強(qiáng)調(diào)制型光纖傳感器,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、抗電磁干擾、傳輸頻帶寬等特點(diǎn).在該系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了脈沖數(shù)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(dòng)、靜態(tài)性能較好,精度、穩(wěn)定性較高等優(yōu)點(diǎn).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(zhǎng)度的GRIN透鏡中的成像規(guī)律,并推導(dǎo)了光功率耦合函數(shù).通過(guò)

2、分析微位移與光功率的關(guān)系,以及加速度與微位移的關(guān)系,建立了加速度與光功率的關(guān)系.然后,從控制理論的角度對(duì)整個(gè)數(shù)字式光纖加速度計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了分析,著重研究了系統(tǒng)中各部分的傳遞函數(shù),指出了包括分辨率、標(biāo)度因數(shù)、采樣約束和精度等在內(nèi)的一般問(wèn)題,同時(shí)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的校正網(wǎng)絡(luò),并指出在實(shí)際電路中應(yīng)該注意的問(wèn)題.最后,介紹了數(shù)字式加速度計(jì)的參考電路設(shè)計(jì),其中重點(diǎn)介紹了數(shù)字式再平衡回路的設(shè)計(jì),包括脈寬調(diào)制、恒流源、極性開關(guān)等電路的設(shè)計(jì).在該方案中,為盡可能

3、地提高檢測(cè)效果,我們對(duì)光源進(jìn)行了調(diào)制,以達(dá)到抗噪聲的目的;在前置放大部分,采用組合差動(dòng)放大電路進(jìn)行電流電壓的轉(zhuǎn)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn);為提高精度,相干檢測(cè)和鎖相跟蹤技術(shù)被應(yīng)用到系統(tǒng)中來(lái);設(shè)計(jì)脈寬調(diào)制電路時(shí),擯棄了以往的分立元件實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制的方法,采用SG3525集成PWM控制器,簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程,大幅度減少了元器件數(shù)量和連接焊點(diǎn),使整個(gè)系統(tǒng)性能更好、更容易集成.該傳感器通過(guò)改造,適當(dāng)選擇換能機(jī)構(gòu)的設(shè)