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智能pcf壓力傳感器系統(tǒng)的畢業(yè)論文(存儲(chǔ)版)

2025-07-24 17:45上一頁面

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【正文】 特性,得到了傳播模式,色散關(guān)系,并且通過改變頻率觀察了矢量與頻率的變化關(guān)系,通過改變包層空氣孔的大小觀察傳輸特性。授人以魚不如授人以漁,置身其間,耳濡目染,潛移默化,你曾說過你所做的是把我們引向科學(xué)的大門,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。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程中指導(dǎo)、幫助我。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)一步的開發(fā)和應(yīng)用。調(diào)制器以采樣速率(為過采樣倍率)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。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。一般來說采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換可達(dá)到16位以上的轉(zhuǎn)換分辨率。 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。5 A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方法 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理A/D轉(zhuǎn)換器是一個(gè)把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)的電路,轉(zhuǎn)換過程的示意如圖51所示.300 1 2 3 4 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 圖51圖(a)表示輸入模擬信號(hào),圖(b)表示A/D轉(zhuǎn)換器首先將輸人模擬信號(hào)的取樣,為保證不產(chǎn)生取樣過程的失真, 取樣頻率必須滿足取樣定理的要求, , 對(duì)這個(gè)序列中的每個(gè)取樣值進(jìn)行量化, 因?yàn)閿?shù)字信號(hào)只能表示有限個(gè)數(shù)值, 而取樣信號(hào)的幅度值是過續(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)來表示,如圖(b)所示,這個(gè)過程稱為量化,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, 沒有明顯的界。根據(jù)數(shù)字電路原理可得前置放大電路輸出電信號(hào)與探測(cè)器探測(cè)到的電信號(hào)之間關(guān)系為: (49)分析圖54電路工作原理,主要優(yōu)點(diǎn)是:①雙運(yùn)放差動(dòng)輸入前置放大電路通過對(duì)反饋電阻的擴(kuò)展,減小了電阻所帶來的熱噪聲電流。在這種解碼方案中,解碼系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜,延遲板厚度必須要理想選擇,否則其引入的光程差不能補(bǔ)償傳感器系統(tǒng)所引入的光程差,探測(cè)信道輸出的光強(qiáng)改變不明顯,解碼系統(tǒng)不能探測(cè)出光強(qiáng)變化,系統(tǒng)也就不能探測(cè)外界壓力或溫度的改變值。依照△Rxs的特征,初始量程差關(guān)系應(yīng)至少滿足下列條件中的一個(gè): (47)如果系統(tǒng)精度達(dá)到了2,則上述條件都能夠滿足。同時(shí),所有干涉信號(hào)的對(duì)比度實(shí)際上都保持一致,這是因?yàn)榕c干涉帶的快速變化的強(qiáng)度相比,是隨著光路徑延遲的不均衡度()的緩慢變化的函數(shù)。如圖43所示,強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器的基本原理是待測(cè)物理量引起光纖中的傳輸光光強(qiáng)變化,通過檢測(cè)光強(qiáng)的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物的沒量,一恒定光源發(fā)出的強(qiáng)度為的光注入傳感頭,在傳感器頭內(nèi),光在被測(cè)信號(hào)的作用下其強(qiáng)度發(fā)生變化,即受到了外場(chǎng)的調(diào)制,使得輸出光強(qiáng)的包絡(luò)線與被測(cè)信號(hào)的形狀一樣,光電探測(cè)器測(cè)出的輸出電流也作同樣的調(diào)制,信號(hào)處理電路再檢測(cè)出調(diào)制信號(hào),就得到了被測(cè)信號(hào)。由式(41)和(42)可知,可動(dòng)反射鏡每移動(dòng)=長(zhǎng)度,光探測(cè)器的輸出就從最大值變到最小值,再變到最大值,即變化一個(gè)周期。干涉場(chǎng)中各點(diǎn)的光強(qiáng)可表示為 (41)式中,是相位調(diào)制引起的兩相干光之間的相位差。為此,我們以相位調(diào)制為例,介紹PCF智能傳感器的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。通過改變包層空氣孔的大小也可以改變其傳輸特性, 這個(gè)主要通過PCF 的色散特性表現(xiàn)出第2 期梁蘭菊等: 光子晶體光纖傳輸特性的研究551來。 ——導(dǎo)模的模式折射率。 k ——波矢量。這些特點(diǎn)也使得光子晶體光纖成為好的傳輸材料, 通過改變PCF空芯的大小、排列、形狀和間距等參數(shù), 實(shí)現(xiàn)許多傳統(tǒng)光纖所沒有的性質(zhì)。光源函數(shù)發(fā)生器調(diào)制器解碼單 元輸出系 統(tǒng)耦合器導(dǎo)入光纖傳感器導(dǎo)入光纖傳感器系統(tǒng)L1 L2 L3傳感器S3 S2 S1D3D2D1 CR3R2R1A3A2A1信號(hào)處理單元 放大器濾波器計(jì)算機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器圖24 PCF 壓力傳感器系統(tǒng)模型 對(duì)式(27) 進(jìn)行微分, PCF 壓力傳感器激光光源發(fā)出的光脈沖經(jīng)過敏感元件后其相位波動(dòng)可表示為: 。根據(jù)彈性力學(xué)理論可以證明C11 = C22 = C33 , C12 = C13 = C21 = C23 = C31= C32 , 則在外界壓力作用下PCF 中產(chǎn)生的應(yīng)變與靜壓力在PCF 中形成的應(yīng)力之間的關(guān)系如下: (25) 應(yīng)力作用下PCF 的光學(xué)特性會(huì)發(fā)生改變, 并導(dǎo)致PCF 纖芯有效折射率發(fā)生改變, 根據(jù)彈光理論, 這個(gè)改變量可表示如下: (26) 式中, n0 為纖芯未受壓力時(shí)的折射率; E 為楊氏模量; 為硅光纖泊松比; p 1p 12 均為PCF 彈光系數(shù)。 PCF 壓力傳感基本原理  在PCF 壓力傳感器系統(tǒng)中,作為敏感元件,采用的是折射率引導(dǎo)型PCF, 其傳播的光脈沖限制在纖芯內(nèi)。, 無論什么波長(zhǎng)都能單模傳輸, 與傳統(tǒng)光纖隨著纖芯尺寸的增加會(huì)出現(xiàn)多模化的特性比。a. 全內(nèi)反射型 PCF導(dǎo)光原理周期性缺陷的纖芯折射率 (石英玻璃 )大于周期性包層折射率 (空氣 ) ,從而使光能夠在纖芯中傳播,這種結(jié)構(gòu)的 PCF導(dǎo)光機(jī)理依然是全內(nèi)反射 , ,由于包層包含空氣 ,所以這種機(jī)理稱為改進(jìn)的全內(nèi)反射 ,如圖 21所示。因此,光子晶體就是折射率呈周期分布的光學(xué)介質(zhì)。相比而言,內(nèi)部全反射光子晶體光纖(TIRPCF)首先是被制造出來的,而真正的光子帶隙傳導(dǎo)光纖(PBGPCF)只是在近期才得到實(shí)驗(yàn)證明。 光子晶體光纖又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖,近年來引起廣泛關(guān)注,其中最有發(fā)展前途的領(lǐng)域是光子晶體在光纖技術(shù)中的應(yīng)用。近年來,隨著光子晶體光纖的快速發(fā)展,智能PCF壓力傳感器已廣泛的用于各種壓力環(huán)境監(jiān)控中。與半導(dǎo)體晶格對(duì)電子波函數(shù)的調(diào)制相類似,光子帶隙材料能夠調(diào)制具有相應(yīng)波長(zhǎng)的電磁波當(dāng)電磁波在光子帶隙材料中傳播時(shí),由于存在布拉格散射而受到調(diào)制,電磁波能量形成能帶結(jié)構(gòu)。第一種光纖具有高折射率芯層(一般是固體硅),并被二維光子晶體包層所包圍的結(jié)構(gòu)。光纖具有很多優(yōu)異的性能,例如:抗電磁干擾和原子輻射的性能,徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能;絕緣、無感應(yīng)的電氣性能;耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等,它能夠在人達(dá)不到的地方(如高溫區(qū)),或者對(duì)人有害的地區(qū)(如核輻射區(qū)),起到人的耳目的作用,而且還能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。能量處在光子帶隙內(nèi)的光子,不能進(jìn)入該晶體。在空芯 PCF中形成周期性的缺陷是空氣,空氣芯折射率比包層石英玻璃低 ,但仍能保證光不折射出去 ,這是因?yàn)榘鼘又械男】c(diǎn)陣構(gòu)成光子晶體。δz ]在PCF 壓力傳感器系統(tǒng)中, 敏感元件采用折射率引導(dǎo)型PCF, 根據(jù)光波導(dǎo)理論, 光脈沖在PCF 中傳播距離L 后的相位延遲量為:, (27) 式中, L 為PCF 的長(zhǎng)度; n為纖芯折射率分布; 為光波在光纖中的傳播波長(zhǎng)。3 光信號(hào)在光子晶體光纖的傳輸特性光子晶體光纖( PCF) 又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖, 近年來引起廣泛關(guān)注, 它的橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布, 通常含有不同排列形式的氣孔, 這些氣孔的尺度與光波波長(zhǎng)大致在同一量級(jí)且貫穿器件的整個(gè)長(zhǎng)度, 光波可以被限制在光纖芯區(qū)傳播。由M
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