MEMS 光纤传感器 加速度传感器 结构设计 迈克尔逊干涉.doc

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】Accelerationsensorwithhighreliabilityandhighfidelityisconcernedmoreandmoreinthefieldofautomotiveindustry,spaceflight,biology,medicineandetc.Currently,themeasurementprincipleofmicro-accelerometerusesmostlycapacitive,thermocoupletype,andsoamorematurestructure,theoptical-typemicroaccelerationsensorless,butwithamaturecombinationofopticalfibersensingtechnologylittleresearchonfiber-opticaccelerometer.ApplicationofMEMStechnologyandpaperall-fiberi...
【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】MEMSFiber-opticsensorsAccelerationtransducerStructuraldesignMichelson’sinterferometer
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【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

10-14

1.1微机械传感技术概述

10-11

1.1.1微机械系统及微加速度传感器

10

1.1.2微加速度传感技术的应用领域

10-11

1.2微加速度传感器的研究现状

11-13

1.3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

14-30

2.1光纤加速度计的力学原理

14-19

2.1.1加速度的概念

14-16

2.1.2比力

16-17

2.1.3地球重力场中的加速度计

17-19

2.2光纤波导的原理

19-22

2.3光纤传感技术综述

22-23

2.4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

25-27

2.5.2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