【正文】 限個(gè)數(shù)值, 而取樣信號(hào)的幅度值是過(guò)續(xù)的, 這就需要將取樣信號(hào)的幅度值用數(shù)字信號(hào)所表示的有限個(gè)數(shù)值中最接近的一個(gè)來(lái)表示,如圖（b）所示，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為量化，最后, 將已量化的信號(hào)用數(shù)字信號(hào)表示, 如圖(C)所示, , 后兩個(gè)步驟往往結(jié)合在一起, 沒(méi)有明顯的界。加碼比較從最高位開(kāi)始,在給某一位加碼(令該位數(shù)碼為)之后,D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電壓, 輸入到比較器, 與輸入模擬電壓比較, 根據(jù)比較結(jié)果即可知道該位數(shù)碼大小。 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器采樣數(shù)率可達(dá)1MSPS，功耗低, 有相當(dāng)好的分辨率, 但因其結(jié)構(gòu)原理較復(fù)雜, 所以成本較昂貴, 也難于再?gòu)脑骷壬咸岣咂滢D(zhuǎn)換精度。未知電壓在已知的時(shí)間進(jìn)行積分, 然后轉(zhuǎn)換為對(duì)參考電壓的反向積分, 直到積分輸出返回到初始值。一般來(lái)說(shuō)采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換可達(dá)到16位以上的轉(zhuǎn)換分辨率。 多次雙積分A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)的關(guān)鍵在于把一次雙積分A/D轉(zhuǎn)換作為整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程的一個(gè)分周期,在每次分周期結(jié)束之后, 不進(jìn)行清零。由于是多次積分, 每次分周期的電壓擺幅可以設(shè)定得較小, 從而保證了積分電路的線性輸出, 提高了A/D轉(zhuǎn)換精度。模數(shù)轉(zhuǎn)換器能很低的采樣分辨率(1位)和很高的采樣速率將模擬信號(hào)數(shù)字化, 通過(guò)使用過(guò)采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波等方法增加有效分辨率, 然后對(duì)轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行采樣抽取處理以降低有效采樣速率。調(diào)制器以采樣速率（為過(guò)采樣倍率）將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為由1和0構(gòu)成的連續(xù)串行位流。圖56 一階模數(shù)轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成原理圖 由于調(diào)制器具有遠(yuǎn)高于奈奎斯特采樣速率, 所以可以大大降低信號(hào)采集系統(tǒng)對(duì)前置模擬濾波器的要求, 在高速采樣使用時(shí), 也可省去信號(hào)采樣保持器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分辨率速度優(yōu)點(diǎn)（+）缺點(diǎn)（）逐次逼近1016位76K250Ksps+高分辨率和精度,低功耗,外圍元減少低輸入帶寬,積分式18位50Ksps+高分辨率，低功耗，優(yōu)異的噪聲性能低速度16位200Ksps+高分辨率，高輸入帶寬，片內(nèi)數(shù)字濾波外部采樣/保持，采樣速度有限 智能PCF壓力傳感器中A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 結(jié)論由于光子晶體光纖具有獨(dú)特的光學(xué)特性和結(jié)構(gòu)，隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，光子晶體光纖的獨(dú)有特性將會(huì)在智能傳感技術(shù)中得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。在A/D裝換系統(tǒng)中，詳細(xì)的介紹了幾種常用的智能A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，并且歸納總結(jié)了他們的優(yōu)劣性。謝謝你們！ 在此，我還要再一次的感謝余先倫老師，你不僅僅只是這次論文過(guò)程中指導(dǎo)、幫助我。 最后一次感謝余先倫老師，室友們，爸爸以及給我?guī)椭徒ㄗh的所有的人，謝謝你們！祝你們永遠(yuǎn)的健康快樂(lè)。授人以魚(yú)不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，你曾說(shuō)過(guò)你所做的是把我們引向科學(xué)的大門(mén)，我們之中很大的一部分人，都深受你的影響，明白了科學(xué)的所在。然后就是經(jīng)過(guò)這次論文，在收集資料、查詢(xún)資料、總結(jié)資料這方面，比起以前的盲目相對(duì)有了很大的突破。采用平面波展開(kāi)法數(shù)值模擬了光子晶體光纖的傳輸特性，得到了傳播模式，色散關(guān)系，并且通過(guò)改變頻率觀察了矢量與頻率的變化關(guān)系，通過(guò)改變包層空氣孔的大小觀察傳輸特性。 各種智能A/D轉(zhuǎn)換器的比較下表是對(duì)它們關(guān)鍵指標(biāo)的比較。由于系統(tǒng)的負(fù)反饋,這一累計(jì)值將在一定值附近波動(dòng), 因而, 每次采樣,比較值將出現(xiàn)波動(dòng)。圖56是一階模數(shù)轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成原理圖。 模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)傳統(tǒng)的積分型A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)雖有較高的分辨率和轉(zhuǎn)換精度, 但其轉(zhuǎn)換速度卻很慢, 一般雙積分和多次雙積分A/D轉(zhuǎn)換速度均在每秒45次左右,使其應(yīng)用受到限制。其轉(zhuǎn)換波形如圖55所示。另外雙重積分式A/D轉(zhuǎn)換器的精度還與比較器和計(jì)數(shù)周期的分辨率有關(guān), 想進(jìn)一步提高雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和精度在電路上已很難實(shí)現(xiàn)。 其中,與是時(shí)間、對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值。雙重積分式A/D轉(zhuǎn)換器利用兩優(yōu)積分, 把輸入信號(hào)的大小變換為時(shí)間間隔, 通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間間隔, 得到輸出數(shù)字量。若輸入模擬電壓大于或等于D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓,即, 則留碼, 該數(shù)碼為1。逐次逼近式A/D心轉(zhuǎn)換器由比較器、逐次逼近邏輯寄存器(SAR)和D/A轉(zhuǎn)換器組成。PCF 壓力傳感器輸出電信號(hào)通過(guò)前置放大電路放大后，再通過(guò)中間放大電路再次放大輸出信號(hào)，中間放大電路由2 個(gè)10 倍增益反相放大器U2 和U3 組成，如圖55所示。③電路能夠獲得較高的增益，并減少了運(yùn)放對(duì)偏置電流的影響。雙運(yùn)放差動(dòng)前置輸入放大電路如圖44所示。 信號(hào)放大電路與信號(hào)處理系統(tǒng)PCF 壓力傳感器光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換輸出的電信號(hào)較微弱，輸出光電流的大小一般在微安量級(jí)，需要通過(guò)前置放大電路和主放大電路放大輸出信號(hào)。這種方案主要檢測(cè)傳感器輸出光信號(hào)強(qiáng)度，在外界壓力作用下PCF壓力傳感器敏感元件、PCF橫向和徑向?qū)a(chǎn)生形變，同時(shí)PCF折射率分布也發(fā)生變化，并最終對(duì)輸出光脈沖信號(hào)強(qiáng)度將產(chǎn)生周期性的影響。如果上述條件都滿足，系統(tǒng)的量程范圍就只受到信號(hào)源的頻寬的限制，且該量程范圍可表示為： （48）我們目前使用的這種光電二極管，其根據(jù)上述方程，該光電二極管的理論工作范圍相當(dāng)于112個(gè)干涉條紋（大約500個(gè)采樣點(diǎn)）。如果信號(hào)源頻譜滿足高斯形狀，我們就能以下列式子描述傳感接收之間光程差非平衡對(duì)比度： （44）這里δλ為高斯分布最大值的一半范圍內(nèi)的全頻譜寬，λ0是信號(hào)源的中心波長(zhǎng)。如果，則一個(gè)低級(jí)別就產(chǎn)生了。表示參考檢波器的平均強(qiáng)度，表示信號(hào)源頻譜對(duì)應(yīng)的對(duì)比函數(shù)，由石英晶體板引入的相位偏移在連續(xù)信道中以45176。強(qiáng)度調(diào)制器探測(cè)器如射光出射光圖43 強(qiáng)度調(diào)制原理探測(cè)系統(tǒng)由四條記錄干涉信號(hào)的信道，和一個(gè)測(cè)量傳感器輸出平均強(qiáng)度的信道組成。 PCF壓力傳感器輸出信號(hào)解碼方案本文采用基于強(qiáng)度的解碼系統(tǒng)，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換的方法，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)之后再測(cè)量，即將壓力引起的相位變化轉(zhuǎn)化為不同通道的信號(hào)強(qiáng)度，從而可以用電流強(qiáng)度（或電平）表示這種關(guān)系。為了克服受空氣環(huán)境條件影響所導(dǎo)致的空氣光程的變化，可考慮用全光纖干涉儀結(jié)構(gòu)。當(dāng)兩反射鏡到分束器間的返程差小于激光器的想干長(zhǎng)度時(shí)，射到光探測(cè)器上的兩相干光束便產(chǎn)生干涉，干涉光強(qiáng)由式（41）確定。 下面介紹邁克爾孫（Michlson）光纖干涉儀圖42是普通光學(xué)邁克爾遜干涉儀的原理圖。例如，設(shè)有光振幅分別為和的兩個(gè)相干光束。主機(jī)光信號(hào)調(diào)制光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖41 光子晶體光纖傳感器檢測(cè)系統(tǒng) 光信號(hào)調(diào)制 光纖相位傳感器要求有相應(yīng)的干涉儀來(lái)完成相位檢測(cè)過(guò)程。然而，無(wú)論是探測(cè)那種物理量，其工作原理無(wú)非都是用被探測(cè)的變化調(diào)制傳輸光廣波的某一參數(shù)，使其隨之變化，然后對(duì)已調(diào)制的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而得到被測(cè)量。模擬過(guò)程中, 通過(guò)改變d 值的大小得到圖4, 當(dāng)= 0. 1,= 0. 2, = 0. 3, = 0. 4, = 0. 5, 可以看到隨著空氣孔的增大, 色散依次增大, 即損耗增大不利于PCF 的傳輸。圖33 數(shù)值模擬了k波矢量與頻率的變化關(guān)系, 橫坐標(biāo)為波矢量, 縱坐標(biāo)為頻率。 ——色散。它可以用公式(35) 來(lái)表示。 G , G′——倒格矢。 c—— 光速。 理論和計(jì)算方法平面波展開(kāi)法主要通過(guò)將電磁場(chǎng)在倒格矢空間以平面波疊加的形式展開(kāi), 并將麥克斯韋方程組化為一個(gè)本征方程, 求解本征值即可得到傳播光子的本征頻率和本征模態(tài), 從而獲得光子晶體光纖的傳播特性和色散特性。 包層區(qū)氣孔的排列方式能夠極大地影響模式性。如果在PCF 壓力傳感器系統(tǒng)中存在壓力以外的其他因素引起傳播脈沖相位波動(dòng)， 則這些因素會(huì)對(duì)整個(gè)傳感器系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。圖中， （a） 為傳感器整個(gè)系統(tǒng)；（b） 為傳感器的敏感元件， 它由導(dǎo)入光纖L傳感元件L2 和導(dǎo)出光纖L3 組成；（c） 為PCF 壓力傳感器的信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)， 它由若干探測(cè)信道組成，每個(gè)探測(cè)信道包括分束器、延遲板、分析儀和光電探測(cè)器； （d） 為信號(hào)處理單元，它主要由放大電路、濾波器、模/ 數(shù)（ A/ D） 轉(zhuǎn)換器及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。 1010 Pa, p 11 = 0. 113, p 12 = 0. 252, 則可根據(jù)式（23） 和式（26） 計(jì)算特定壓力作用下PCF 纖芯有效折射率的改變量。εz ] , 其中εx 、εy 表示PCF 橫向應(yīng)變，εz 表示PCF 軸向應(yīng)變。δy在PCF 中,通過(guò)改變其包層結(jié)構(gòu)可制出高雙折射效應(yīng)的PCF, 只要破壞光子晶體光纖剖面的圓對(duì)稱(chēng)性, 使其成為二維結(jié)構(gòu)就可以形成很強(qiáng)的雙折射. 實(shí)際中可通過(guò)減