微型光纖加速度計(jì)系統(tǒng)研究

本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-It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)。
在本系統(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)。
在文巾，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l／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)。在本方案中，為盡可
能地提高檢測(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；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。
本傳感器通過改造，適當(dāng)選擇換能機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅可以測(cè)量微位移，而且還可
以應(yīng)用于壓力測(cè)量、液體流量測(cè)量以及振動(dòng)等物理量的測(cè)量，具有廣泛應(yīng)用前景。