基于F-P腔的光纤加速度计解调技术

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随着现代科技的快速发展,传感器在各个领域中正得到越来越广泛的应用,传感器已经成为信息社会中人类获取信息的电子器官。光纤加速度传感器是一种重要的传感器,其有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、重量轻等一系列独特的优点,同时,其广阔的应用前景以及独特的优势使其研究热度一直居高不下。本文主要对基于F-P腔的光纤加速度计解调技术进行研究。首先,介绍了光纤传感器在国内及国外的研究历程及成果,以及今后的发展方向,并阐述了光纤加速度计的理论基础,包括力学原理与F-P光纤传感器的工作原理。并在此基础上利用MATLAB软件对F-P腔的多光束干涉原理进行建模仿真,利用ANSYS软件对光纤加速度计的机械特性进行有限元分析,将分析结果与F-P腔多光束干涉仿真结合,证明了F-P腔光纤加速度计理论基础的可行性,为后续工作提供了坚实的理论基础。其次,基于锁相放大器的微弱信号检测原理,设计了整个加速度计传感器系统的电路部分,重点是锁相放大电路。电路部分主要分为光源电路和信号解调电路,其中,光源_[电路部分主要包括激光器驱动_[电路、保护电路、PID温度调节电路,调制信号发生电路;信号解调电路部分主要包括光电转换电路,前置放大电路,带通滤波电路,移相电路,锁相放大电路,低通滤波电路,直流放大电路以及减法电路。最后,设计了基于FPGA的数据采集系统,主要包括A/D、D/A转换模块,UDP数据传输模块,以及进行数据处理存储的上位机。完成了A/D、D/A转换模块以及UDP数据传输模块的Verilog HDL程序编写,实现了完整的数据采集系统工作。在进行加速度检测实验前,对光源电路、信号解调电路以及数据采集系统进行调试,尤其是激光器驱动及保护电路以及温度调节电路,确保激光器的安全。搭建了F-P光纤加速度计检测系统,在充分验证了系统的正确可行性后,进行了F-P光纤加速度计性能实验,包括激光器性能测试、加速度计灵敏度实验、频响特性实验以及方向敏感性实验,并分析了F-P光纤加速度计系统中存在的可能造成系统误差的各种因素,并给出了对应的解决办法。
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