MEMS 光纤传感器 加速度传感器 结构设计 迈克尔逊干涉

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1、MEMS论文：MEMS光纤加速度传感器理论研究【中文摘要】微型加速度传感器具有高可靠性,高灵敏度等特点, 在汽车工业、航天、生物和医学等领域受到了广泛的关注。目前,微 型加速度传感器的测量原理大多采用电容式、压阻式、热电偶式等较 为成熟的结构,对于光电式的微加速度传感器的研究比较少,而与成 熟的光纤传感技术相结合的光纤加速度传感器的研究很少。论文应用 MEMS技术与全光纤干涉原理相结合提出了一种光纤微加速度传感器, 对该系统的传感机理,光路系统,信号处理系统进行研究。在一定程度 上既解决普通光纤制作的光学器件尺寸很难缩小的问题, 同时又能弥 补集成光波导器件制作难度高和损耗较大的缺点和不足。本

2、文首先介 绍了国内外关于微加速度传感器的研究现状和发展趋势,论述了光纤 传感技术的基本原理, 分析了几种典型的相位调制型干涉仪的干涉原 理,为后文加速度测量提供了理论基础。其次,对迈克尔逊干涉型光纤 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 论并推导了光在光路中传播时光程差变化。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, 并把它转化成麦克尔逊干涉 条纹的移动, 干涉条纹的移动数量即代表被测加速度值。再次, 利用材 料力学的相关原理建立起质量块的位移运动方程,.【英文摘要】Acceleration sensor with high reliability a

3、nd high fidelity is concerned more and more in the field of automotive industry, spaceflight, biology, medicine and etc. Currently, the measurement principle of micro-accelerometer uses mostly capacitive, thermocouple type, and so a more mature structure, the optical-type micro acceleration sensor l

4、ess, but with a mature combination of optical fiber sensing technology little research on fiber-optic accelerometer. Application of MEMS technology and paper all-fiber i.【关键词】MEMS光纤传感器加速度传感器结构设计迈克尔逊 干涉【英文关键词】 MEMS Fiber-optic sensors Acceleration transducer Structural design Michelsons interferomete

5、r【索购全文】联系-Qi： 138113721 EJQ2： 139938848【目录】 MEMS 光纤加速度传感器理论研究 摘要5-6 Abstract 6-7 第 1 章 绪论 10-141.1 微机械传感技术概述 10-111.1.1 微机械系统及微加速度传感器101.1.2 微加速度传感技术的应用领域 10-111.2 微加速度传感器的研究现状 11-131.3 课题的主要内容以及研究意义 13-14 第 2 章 光纤加速度计的理论基础14-302.1 光纤加速度计的力学原理 14-192.1.1 加速度的概念 14-162.1.2 比力 16-172.1.3 地球重力场中的加速度计 1

6、7-192.2 光纤波导的原理 19-222.3光纤传感技术综述 22-232.4 光纤加速度计的种类及调制原 理 23-25 2.4.1 光强调制型光纤加速度计 23-24 2.4.2 相位调制型光纤加速度计 24-25 2.5 几种典型的相位调制型 光纤传感结构 25-28 2.5.1 迈克尔逊干涉结构25-272.5.2 法布里-珀罗干涉结构 27-28 2.5.3 马赫-曾德尔干涉结构 28 2.6 本章小结 28-30 第 3 章 微光 纤加速度计的结构设计 30-48 3.1 微光纤加速度传感系统结 构的总体设计思路 30-31 3.2 系统的光源设计31-35 3.2.1 光源的

7、选取 31-33 3.2.2 光源电路设计33-35 3.3 系统敏感元件组的结构设计 35-41 3.3.1 光的干涉现象 35-38 3.3.2 光程和光程差 38 3.3.3 传 感系统敏感元件组及光路的结构设计 38-41 3.4 转换元件组 与测量电路的设计 41-46 3.4.1 光信号的接收电路及细分电 路 41-43 3.4.2 光信号的输入电路与计数电路43-44 3.4.3 可逆计数器的工作原理 44-45 3.4.4 加 速度值的数据计算模块 45-46 3.5 本章小结 46-48 第 4 章 MEMS 传感结构设计 48-58 4.1 Coventor Ware 简介

8、48-49 4.2 测量 Z 方向加速度的原理推导 49-51 4.3 设计参量对传感器量程的影响 51-54 4.4 设计参量对传感器 分辨率的影响 54-55 4.5 设计参量对传感器测量精度的影响55-564.6 传感器设计参量的选取 56-57 4.7 本章小结 57-58 第 5 章 MEMS 光纤加速度传感器噪声分析58-665.1 传感器探头噪声分析 58-595.1.1 机械结构噪声（布朗 Brownain 噪声） 58 5.1.2 随机振动的噪声58-595.1.3 吸附与解吸附噪声的影响 595.2 外部光路调制传输系统噪声 59-64 5.2.1 激光光源引入的强度噪声60-615.2.2 电子系统内部的固有噪声 61-64 5.2.3环境干扰噪声 64 5.3 本章小结 64-66 结论66-68 参考文献 68-72 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 72-73 致谢 73-74 作者简介 74