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本文研究了一种基于自聚焦(GRIN)透镜的微型光纤加速度计系统。它是一种光强调制型光纤传感器,具有结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰、传输频带宽等特点。在本系统中设计了脉冲数字式再平衡回路,使得该微型光纤加速度传感器和一般的光纤传感器相比,又具有动、静态性能较好,精度、稳定性较高等优点。 在文中,首先介绍了光线在阶跃型光纤和梯度折射型光纤中的传播路径,以及在一端镀有反射膜的1/4波节长度的GRIN透镜中的成像规律,并推导了光功率耦合函数。通过分析微位移与光功率的关系,以及加速度与微位移的关系,建立了加速度与光功率的关系。然后,从控制理论的角度对整个数字式光纤加速度计系统进行了分析,着重研究了系统中各部分的传递函数,指出了包括分辨率、标度因数、采样约束和精度等在内的一般问题,同时设计了系统的校正网络,并指出在实际电路中应该注意的问题。最后,介绍了数字式加速度计的参考电路设计,其中重点介绍了数字式再平衡回路的设计,包括脉宽调制、恒流源、极性开关等电路的设计。在本方案中,为尽可能地提高检测效果,我们对光源进行了调制,以达到抗噪声的目的;在前置放大部分,采用组合差动放大电路进行电流电压的转换,这种电路具有高增益、高精度、低输入阻抗和抗干扰能力强等优点;为提高精度,相干检测和锁相跟踪技术被应用到系统中来;设计脉宽调制电路时,摈弃了以往的分立元件实现脉宽调制的方法,采用SG3525集成PWM控制器,简化了设计过程,大幅度减少了元器件数量和连接焊点,使整个系统性能更好、更容易集成。 本传感器通过改造,适当选择换能机构的设计,不仅可以测量微位移,而且还可以应用于压力测量、液体流量测量以及振动等物理量的测量,具有广泛应用前景。