多模干涉光学集成加速度计研究

发布时间：2017-09-20 00:13

  本文关键词：多模干涉光学集成加速度计研究

  更多相关文章： 加速度计 多模干涉 传感元件 集成 悬梁臂

【摘要】：加速度计作为一种重要的测量仪器,在当前科学研究、生产制造等方面有着广泛的应用。迄今为止,人们利用转换原理实现了各类加速度计,主要可以分为传统电学与光学加速度计。本文以光学加速度计为研究对象,采用多模干涉原理,开展相应的理论分析与仿真验证工作。首先,分别综述了四类光学加速度计的特点。干涉仪型光学加速度计结构复杂,布拉格光栅型光学加速度计容易受到外界温度变化影响,谐振腔型光学加速度计制作过程复杂,以上三种光学加速度计均为分立元件,不易于与其它元件实现集成。进而提出了多模干涉光学集成型加速度计不仅结构简单、便于制作,而且还易于集成。其次,阐述了多模干涉原理、光纤传输原理和光束传播法原理。在此基础上,设计出了多模干涉光学集成型加速度计模型。将多模干涉传感元件附着于悬梁臂上,当悬梁臂受外界加速度作用时,传感元件尺寸就会发生变化,根据弹光效应可知,这种变化使得传输的光波信号发生波长漂移,通过理论分析与计算,获得外界加速度值。最后,利用MATLAB软件对基模和高阶模进行模场分析。利用MATLAB对高阶模与基模耦合效率进行数值求解,得出信号在多模光纤中传输了将近5cm时出现相长干涉,故选定此传输距离为多模光纤的长度。利用ANSYS软件对传感元件应变与外界加速度之间的关系进行分析。在多模干涉传感元件受到外界加速度影响情况下,选取输入光波信号波长为1.55μm,信号波长变化率与理论计算相一致。多模干涉光学集成加速度计具有结构简单、容易制作、易集成的特点,在振动传感等领域具有潜在应用价值。
【关键词】：加速度计 多模干涉 传感元件 集成 悬梁臂
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 研究背景8
• 1.2 加速度计分类及主要应用特点8-12
• 1.2.1 电学加速度计9-10
• 1.2.2 光学加速度计10-12
• 1.3 光学加速度计研究现状12-17
• 1.3.1 干涉仪型光学加速度计12-13
• 1.3.2 光纤布拉格光栅型光学加速度计13-14
• 1.3.3 谐振腔型光学加速度计14-17
• 1.4 模拟分析与仿真软件简介17-19
• 1.4.1 MATLAB软件简介17-18
• 1.4.2 ANSYS软件简介18-19
• 1.5 本文的主要工作19-20
• 第二章 多模干涉光学集成加速度计理论基础20-32
• 2.1 多模干涉基本原理20-22
• 2.1.1 多模干涉机理分析21-22
• 2.1.2 多模干涉镜像输出类型22
• 2.2 光纤结构类型与传输原理22-29
• 2.2.1 光纤结构23
• 2.2.2 光纤分类23-24
• 2.2.3 光纤传输原理24-29
• 2.3 光束传播法29-31
• 2.3.1 光束传播法原理29-30
• 2.3.2 边界条件的分类30
• 2.3.3 边界条件的选取30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 多模干涉光学集成加速度计结构设计32-42
• 3.1 多模干涉传感元件结构及工作原理分析32-35
• 3.1.1 多模干涉传感元件结构与工作原理32-34
• 3.1.2 信号波长漂移与光学应变量之间关系的推导34-35
• 3.2 多模干涉光学集成加速度计系统设计35-41
• 3.2.1 多模干涉光学集成加速度计结构与工作机理35-36
• 3.2.2 传感元件受到外界加速度影响时的力学分析36-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 多模干涉光学集成加速度计结构测试与仿真42-54
• 4.1 基模模场分布42-44
• 4.2 MMF高阶模分析44-48
• 4.2.1 高阶模与基模耦合44-46
• 4.2.2 MMF高阶模模场分布46
• 4.2.3 高阶模式耦合与MMF长度关系46-48
• 4.3 外界加速度对传感元件影响48-53
• 4.3.1 悬梁臂结构设计48
• 4.3.2 悬梁臂应变仿真48-52
• 4.3.3 应变对光波影响52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 致谢56-58
• 参考文献58-62
• 作者简介62

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本文编号：884747