發(fā)布時(shí)間：2017-09-20 00:13

  本文關(guān)鍵詞：多模干涉光學(xué)集成加速度計(jì)研究

  更多相關(guān)文章： 加速度計(jì) 多模干涉 傳感元件 集成 懸梁臂

【摘要】：加速度計(jì)作為一種重要的測(cè)量?jī)x器,在當(dāng)前科學(xué)研究、生產(chǎn)制造等方面有著廣泛的應(yīng)用。迄今為止,人們利用轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)加速度計(jì),主要可以分為傳統(tǒng)電學(xué)與光學(xué)加速度計(jì)。本文以光學(xué)加速度計(jì)為研究對(duì)象,采用多模干涉原理,開(kāi)展相應(yīng)的理論分析與仿真驗(yàn)證工作。首先,分別綜述了四類(lèi)光學(xué)加速度計(jì)的特點(diǎn)。干涉儀型光學(xué)加速度計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,布拉格光柵型光學(xué)加速度計(jì)容易受到外界溫度變化影響,諧振腔型光學(xué)加速度計(jì)制作過(guò)程復(fù)雜,以上三種光學(xué)加速度計(jì)均為分立元件,不易于與其它元件實(shí)現(xiàn)集成。進(jìn)而提出了多模干涉光學(xué)集成型加速度計(jì)不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制作,而且還易于集成。其次,闡述了多模干涉原理、光纖傳輸原理和光束傳播法原理。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出了多模干涉光學(xué)集成型加速度計(jì)模型。將多模干涉?zhèn)鞲性街趹伊罕凵?當(dāng)懸梁臂受外界加速度作用時(shí),傳感元件尺寸就會(huì)發(fā)生變化,根據(jù)彈光效應(yīng)可知,這種變化使得傳輸?shù)墓獠ㄐ盘?hào)發(fā)生波長(zhǎng)漂移,通過(guò)理論分析與計(jì)算,獲得外界加速度值。最后,利用MATLAB軟件對(duì)基模和高階模進(jìn)行模場(chǎng)分析。利用MATLAB對(duì)高階模與基模耦合效率進(jìn)行數(shù)值求解,得出信號(hào)在多模光纖中傳輸了將近5cm時(shí)出現(xiàn)相長(zhǎng)干涉,故選定此傳輸距離為多模光纖的長(zhǎng)度。利用ANSYS軟件對(duì)傳感元件應(yīng)變與外界加速度之間的關(guān)系進(jìn)行分析。在多模干涉?zhèn)鞲性艿酵饨缂铀俣扔绊懬闆r下,選取輸入光波信號(hào)波長(zhǎng)為1.55μm,信號(hào)波長(zhǎng)變化率與理論計(jì)算相一致。多模干涉光學(xué)集成加速度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制作、易集成的特點(diǎn),在振動(dòng)傳感等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：加速度計(jì) 多模干涉 傳感元件 集成 懸梁臂
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-20
• 1.1 研究背景8
• 1.2 加速度計(jì)分類(lèi)及主要應(yīng)用特點(diǎn)8-12
• 1.2.1 電學(xué)加速度計(jì)9-10
• 1.2.2 光學(xué)加速度計(jì)10-12
• 1.3 光學(xué)加速度計(jì)研究現(xiàn)狀12-17
• 1.3.1 干涉儀型光學(xué)加速度計(jì)12-13
• 1.3.2 光纖布拉格光柵型光學(xué)加速度計(jì)13-14
• 1.3.3 諧振腔型光學(xué)加速度計(jì)14-17
• 1.4 模擬分析與仿真軟件簡(jiǎn)介17-19
• 1.4.1 MATLAB軟件簡(jiǎn)介17-18
• 1.4.2 ANSYS軟件簡(jiǎn)介18-19
• 1.5 本文的主要工作19-20
• 第二章 多模干涉光學(xué)集成加速度計(jì)理論基礎(chǔ)20-32
• 2.1 多模干涉基本原理20-22
• 2.1.1 多模干涉機(jī)理分析21-22
• 2.1.2 多模干涉鏡像輸出類(lèi)型22
• 2.2 光纖結(jié)構(gòu)類(lèi)型與傳輸原理22-29
• 2.2.1 光纖結(jié)構(gòu)23
• 2.2.2 光纖分類(lèi)23-24
• 2.2.3 光纖傳輸原理24-29
• 2.3 光束傳播法29-31
• 2.3.1 光束傳播法原理29-30
• 2.3.2 邊界條件的分類(lèi)30
• 2.3.3 邊界條件的選取30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 多模干涉光學(xué)集成加速度計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32-42
• 3.1 多模干涉?zhèn)鞲性Y(jié)構(gòu)及工作原理分析32-35
• 3.1.1 多模干涉?zhèn)鞲性Y(jié)構(gòu)與工作原理32-34
• 3.1.2 信號(hào)波長(zhǎng)漂移與光學(xué)應(yīng)變量之間關(guān)系的推導(dǎo)34-35
• 3.2 多模干涉光學(xué)集成加速度計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)35-41
• 3.2.1 多模干涉光學(xué)集成加速度計(jì)結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理35-36
• 3.2.2 傳感元件受到外界加速度影響時(shí)的力學(xué)分析36-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第四章 多模干涉光學(xué)集成加速度計(jì)結(jié)構(gòu)測(cè)試與仿真42-54
• 4.1 基模模場(chǎng)分布42-44
• 4.2 MMF高階模分析44-48
• 4.2.1 高階模與基模耦合44-46
• 4.2.2 MMF高階模模場(chǎng)分布46
• 4.2.3 高階模式耦合與MMF長(zhǎng)度關(guān)系46-48
• 4.3 外界加速度對(duì)傳感元件影響48-53
• 4.3.1 懸梁臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)48
• 4.3.2 懸梁臂應(yīng)變仿真48-52
• 4.3.3 應(yīng)變對(duì)光波影響52-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第五章 總結(jié)與展望54-56
• 致謝56-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 作者簡(jiǎn)介62

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