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微型光纤加速度计系统研究
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2010-08-09
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本文研究了一种基于自聚焦(GRIN)透镜的微型光纤加速度计系统。它是-It光
强调制型光纤传感器，具有结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰、传输频带宽等特点。
在本系统中设计了脉冲数字式再平衡回路，使得该微型光纤加速度传感器和一般的光
纤传感器相比，又具有动、静态性能较好，精度、稳定性较高等优点。
在文巾，首先介绍了光线在阶跃型光纤和梯度折射型光纤中的传播路径，以及在
一端镀有反射膜的l／4波节长度的GRIN透镜中的成像规律，并推导了光功率耦合函
数。通过分析微位移与光功率的关系，以及加速度与微位移的关系，建立了加速度与
光功率的关系。然后，从控制理论的角度对整个数字式光纤加速度计系统进行了分析，
着重研究了系统中各部分的传递函数，指出了包括分辨率、标度因数、采样约束和精
度等在内的一般问题，同时设计了系统的校正网络，并指出在实际电路中应该注意的
问题。最后，介绍了数字式加速度计的参考电路设计，其中重点介绍了数字式再平衡
回路的设计，包括脉宽调制、恒流源、极性开关等电路的设计。在本方案中，为尽可
能地提高检测效果，我们对光源进行了调制，以达到抗噪声的目的；在前置放大部分，
采用组合差动放大电路进行电流电压的转换，这种电路具有高增益、高精度、低输入
阻抗和抗干扰能力强等优点：为提高精度，相干检测和锁相跟踪技术被应用到系统中
来；设计脉宽调制电路时，摈弃了以往的分立元件实现脉宽调制的方法，采用SG3525
集成PWM控制器，简化了设计过程，大幅度减少了元器件数量和连接焊点，使整个系
统性能更好、更容易集成。
本传感器通过改造，适当选择换能机构的设计，不仅可以测量微位移，而且还可
以应用于压力测量、液体流量测量以及振动等物理量的测量，具有广泛应用前景。
强调制型光纤传感器，具有结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰、传输频带宽等特点。
在本系统中设计了脉冲数字式再平衡回路，使得该微型光纤加速度传感器和一般的光
纤传感器相比，又具有动、静态性能较好，精度、稳定性较高等优点。
在文巾，首先介绍了光线在阶跃型光纤和梯度折射型光纤中的传播路径，以及在
一端镀有反射膜的l／4波节长度的GRIN透镜中的成像规律，并推导了光功率耦合函
数。通过分析微位移与光功率的关系，以及加速度与微位移的关系，建立了加速度与
光功率的关系。然后，从控制理论的角度对整个数字式光纤加速度计系统进行了分析，
着重研究了系统中各部分的传递函数，指出了包括分辨率、标度因数、采样约束和精
度等在内的一般问题，同时设计了系统的校正网络，并指出在实际电路中应该注意的
问题。最后，介绍了数字式加速度计的参考电路设计，其中重点介绍了数字式再平衡
回路的设计，包括脉宽调制、恒流源、极性开关等电路的设计。在本方案中，为尽可
能地提高检测效果，我们对光源进行了调制，以达到抗噪声的目的；在前置放大部分，
采用组合差动放大电路进行电流电压的转换，这种电路具有高增益、高精度、低输入
阻抗和抗干扰能力强等优点：为提高精度，相干检测和锁相跟踪技术被应用到系统中
来；设计脉宽调制电路时，摈弃了以往的分立元件实现脉宽调制的方法，采用SG3525
集成PWM控制器，简化了设计过程，大幅度减少了元器件数量和连接焊点，使整个系
统性能更好、更容易集成。
本传感器通过改造，适当选择换能机构的设计，不仅可以测量微位移，而且还可
以应用于压力测量、液体流量测量以及振动等物理量的测量，具有广泛应用前景。
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