【正文】 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！祝你們永遠的健康快樂。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。然后就是經(jīng)過這次論文，在收集資料、查詢資料、總結(jié)資料這方面，比起以前的盲目相對有了很大的突破。在A/D裝換系統(tǒng)中，詳細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。采用平面波展開法數(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。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分辨率速度優(yōu)點（+）缺點（）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，光子晶體光纖的獨有特性將會在智能傳感技術(shù)中得到進一步的開發(fā)和應(yīng)用。 各種智能A/D轉(zhuǎn)換器的比較下表是對它們關(guān)鍵指標的比較。圖56 一階模數(shù)轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成原理圖 由于調(diào)制器具有遠高于奈奎斯特采樣速率, 所以可以大大降低信號采集系統(tǒng)對前置模擬濾波器的要求, 在高速采樣使用時, 也可省去信號采樣保持器。由于系統(tǒng)的負反饋,這一累計值將在一定值附近波動, 因而, 每次采樣,比較值將出現(xiàn)波動。調(diào)制器以采樣速率（為過采樣倍率）將輸入信號轉(zhuǎn)換為由1和0構(gòu)成的連續(xù)串行位流。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數(shù)字化, 通過使用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波等方法增加有效分辨率, 然后對轉(zhuǎn)換器輸出進行采樣抽取處理以降低有效采樣速率。 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。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。其轉(zhuǎn)換波形如圖55所示。 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)換作為整個轉(zhuǎn)換過程的一個分周期,在每次分周期結(jié)束之后, 不進行清零。另外雙重積分式A/D轉(zhuǎn)換器的精度還與比較器和計數(shù)周期的分辨率有關(guān), 想進一步提高雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和精度在電路上已很難實現(xiàn)。一般來說采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換可達到16位以上的轉(zhuǎn)換分辨率。 其中,與是時間、對應(yīng)的計數(shù)值。未知電壓在已知的時間進行積分, 然后轉(zhuǎn)換為對參考電壓的反向積分, 直到積分輸出返回到初始值。雙重積分式A/D轉(zhuǎn)換器利用兩優(yōu)積分, 把輸入信號的大小變換為時間間隔, 通過計數(shù)器計數(shù)時間間隔, 得到輸出數(shù)字量。 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器采樣數(shù)率可達1MSPS，功耗低, 有相當好的分辨率, 但因其結(jié)構(gòu)原理較復(fù)雜, 所以成本較昂貴, 也難于再從元器件精度上提高其轉(zhuǎn)換精度。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。加碼比較從最高位開始,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。5 A/D轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)方法 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理A/D轉(zhuǎn)換器是一個把模擬信號變成數(shù)字信號的電路，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，圖（b）表示A/D轉(zhuǎn)換器首先將輸人模擬信號的取樣，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, , 對這個序列中的每個取樣值進行量化, 因為數(shù)字信號只能表示有限個數(shù)值, 而取樣信號的幅度值是過續(xù)的, 這就需要將取樣信號的幅度值用數(shù)字信號所表示的有限個數(shù)值中最接近的一個來表示,如圖（b）所示，這個過程稱為量化，最后, 將已量化的信號用數(shù)字信號表示, 如圖(C)所示, , 后兩個步驟往往結(jié)合在一起, 沒有明顯的界。PCF 壓力傳感器輸出電信號通過前置放大電路放大后，再通過中間放大電路再次放大輸出信號，中間放大電路由2 個10 倍增益反相放大器U2 和U3 組成，如圖55所示。⑤電路只使用兩個運放單元，電路十分簡單，卻可以實現(xiàn)V＋和V－高阻差動輸入和可調(diào)放大倍數(shù)。③電路能夠獲得較高的增益，并減少了運放對偏置電流的影響。根據(jù)數(shù)字電路原理可得前置放大電路輸出電信號與探測器探測到的電信號之間關(guān)系為： （49）分析圖54電路工作原理，主要優(yōu)點是：①雙運放差動輸入前置放大電路通過對反饋電阻的擴展，減小了電阻所帶來的熱噪聲電流。雙運放差動前置輸入放大電路如圖44所示。②檢測電路具有足夠?qū)挼念l率響應(yīng)，能對復(fù)雜的瞬變信號或周期性信號進行無頻率失真變換和傳輸。 信號放大電路與信號處理系統(tǒng)PCF 壓力傳感器光電探測器轉(zhuǎn)換輸出的電信號較微弱，輸出光電流的大小一般在微安量級，需要通過前置放大電路和主放大電路放大輸出信號。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償傳感器系統(tǒng)所引入的光程差，探測信道輸出的光強改變不明顯，解碼系統(tǒng)不能探測出光強變化，系統(tǒng)也就不能探測外界壓力或溫度的改變值。這種方案主要檢測傳感器輸出光信號強度，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PCF折射率分布也發(fā)生變化，并最終對輸出光脈沖信號強度將產(chǎn)生周期性的影響。5176。如果上述條件都滿足，系統(tǒng)的量程范圍就只受到信號源的頻寬的限制，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于112個干涉條紋（大約500個采樣點）。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: （47）如果系統(tǒng)精度達到了2，則上述條件都能夠滿足。如果信號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是信號源的中心波長。這也更易識別出相位變化的方向。如果，則一個低級別就產(chǎn)生了。同時，所有干涉信號的對比度實際上都保持一致，這是因為與干涉帶的快速變化的強度相比，是隨著光路徑延遲的不均衡度（）的緩慢變化的函數(shù)。表示參考檢波器的平均強度，表示信號源頻譜對應(yīng)的對比函數(shù)，由石英晶體板引入的相位偏移在連續(xù)信道中以45176。石英板能夠關(guān)于入射波束進行一定的傾斜，以確保每個解碼信道的干涉信號保持不同的初始相位。強度調(diào)制器探測器如射光出射光圖43 強度調(diào)制原理探測系統(tǒng)由四條記錄干涉信號的信道，和一個測量傳感器輸出平均強度的信道組成。如圖43所示，強度調(diào)制光纖傳感器的基本原理是待測物理量引起光纖中的傳輸光光強變化，通過檢測光強的變化實現(xiàn)對待測物的沒量，一恒定光源發(fā)出的強度為的光注入傳感頭，在傳感器頭內(nèi)，光在被測信號的作用下其強度發(fā)生變化，即受到了外場的調(diào)制，使得輸出光強的包絡(luò)線與被測信號的形狀一樣，光電探測器測出的輸出電流也作同樣的調(diào)制，信號處理電路再檢測出調(diào)制信號，就得到了被測信號。 PCF壓力傳感器輸出信號解碼方案本文采用基于強度的解碼系統(tǒng)，通過光電轉(zhuǎn)換的方法，將其轉(zhuǎn)化為電信號之后再測量，即將壓力引起的相位變化轉(zhuǎn)化為不同通道的信號強度，從而可以用電流強度