MEMS光纖加速度傳感器理論研究.pdf

1、微型加速度傳感器具有高可靠性，高靈敏度等特點(diǎn)，在汽車(chē)工業(yè)、航天、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。目前，微型加速度傳感器的測(cè)量原理大多采用電容式、壓阻式、熱電偶式等較為成熟的結(jié)構(gòu)，對(duì)于光電式的微加速度傳感器的研究比較少，而與成熟的光纖傳感技術(shù)相結(jié)合的光纖加速度傳感器的研究很少。論文應(yīng)用MEMS技術(shù)與全光纖干涉原理相結(jié)合提出了一種光纖微加速度傳感器，對(duì)該系統(tǒng)的傳感機(jī)理，光路系統(tǒng)，信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行研究。在一定程度上既解決普通光纖制作的光學(xué)器

2、件尺寸很難縮小的問(wèn)題，同時(shí)又能彌補(bǔ)集成光波導(dǎo)器件制作難度高和損耗較大的缺點(diǎn)和不足。
　　本文首先介紹了國(guó)內(nèi)外關(guān)于微加速度傳感器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，論述了光纖傳感技術(shù)的基本原理，分析了幾種典型的相位調(diào)制型干涉儀的干涉原理，為后文加速度測(cè)量提供了理論基礎(chǔ)。
　　其次，對(duì)邁克爾遜干涉型光纖加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了深入的研究。從傳感原理出發(fā)，討論并推導(dǎo)了光在光路中傳播時(shí)光程差變化。該光纖加速度計(jì)的工作過(guò)程為：敏感元件感受外界

3、的加速度信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)化成麥克爾遜干涉條紋的移動(dòng)，干涉條紋的移動(dòng)數(shù)量即代表被測(cè)加速度值。
　　再次，利用材料力學(xué)的相關(guān)原理建立起質(zhì)量塊的位移運(yùn)動(dòng)方程，并將它們與干涉條紋信息的測(cè)量聯(lián)系起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)量向光學(xué)量的轉(zhuǎn)換分析了傳感系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)計(jì)參量對(duì)傳感器量程、分辨率以及測(cè)量精度等性能的影響，給出了設(shè)計(jì)參量的選取原則以及技術(shù)指標(biāo)的理論值。
　　最后，由于輸出的加速度計(jì)信號(hào)通常受到隨機(jī)噪聲的干擾，所以討論了加速度傳感器的噪聲來(lái)源，