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新型高精度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马赫-增德尔（Mach-Zehnder）干涉原理的光纤加速度
计系统及其加速度信号的滤波技术。同传统的加速度计相比，该光纤加速度计
系统具有精度高、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰和传输频带宽等优点，具
有广阔的应用前景。同时，将小波多分辨分析的方法用于加速度计信号的滤波
处理，提高了系统的精度。
本文首先对马赫-增德尔干涉型光纤加速度计的结构和工作原理进行了深
入的研究。从传感原理出发，讨论并推导了光在光纤中传播时相位变化与光纤
应力应变之间的关系。该光纤加速度计的工作过程为：敏感元件感受外界的加
速度信号，并把它转化成马赫-增德尔干涉仪测量臂的拉伸或压缩，从而引起测
量臂中的光波相位变化，相位变化量即代表被测加速度值。
其次，由于输出的加速度计信号通常受到随机噪声的干扰，因此本文采用
数字信号处理技术对加速度信号进行滤波处理。1/f 噪声是影响光纤加速度计
精度的一个重要因素，本文详细地研究了小波多分辨分析的方法及1/f 噪声在
小波域呈现出的某些特殊性质。在此基础上，构造1/f 噪声的模型，利用Mallat
算法并选取适当的阈值对加速度信号进行滤波处理，实验结果表明，该滤波方
法是有效的。
最后，本文从提高系统精度的角度出发，在理论分析的基础上，设计出放
大电路和低通滤波电路，并利用PSpice 软件对电路进行了仿真。从仿真结果看，
输出信号符合设计要求，故本文所设计的电路具有一定的可行性。
计系统及其加速度信号的滤波技术。同传统的加速度计相比，该光纤加速度计
系统具有精度高、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰和传输频带宽等优点，具
有广阔的应用前景。同时，将小波多分辨分析的方法用于加速度计信号的滤波
处理，提高了系统的精度。
本文首先对马赫-增德尔干涉型光纤加速度计的结构和工作原理进行了深
入的研究。从传感原理出发，讨论并推导了光在光纤中传播时相位变化与光纤
应力应变之间的关系。该光纤加速度计的工作过程为：敏感元件感受外界的加
速度信号，并把它转化成马赫-增德尔干涉仪测量臂的拉伸或压缩，从而引起测
量臂中的光波相位变化，相位变化量即代表被测加速度值。
其次，由于输出的加速度计信号通常受到随机噪声的干扰，因此本文采用
数字信号处理技术对加速度信号进行滤波处理。1/f 噪声是影响光纤加速度计
精度的一个重要因素，本文详细地研究了小波多分辨分析的方法及1/f 噪声在
小波域呈现出的某些特殊性质。在此基础上，构造1/f 噪声的模型，利用Mallat
算法并选取适当的阈值对加速度信号进行滤波处理，实验结果表明，该滤波方
法是有效的。
最后，本文从提高系统精度的角度出发，在理论分析的基础上，设计出放
大电路和低通滤波电路，并利用PSpice 软件对电路进行了仿真。从仿真结果看，
输出信号符合设计要求，故本文所设计的电路具有一定的可行性。
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