MEMS 光纤传感器 加速度传感器 结构设计 迈克尔逊干涉
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析MEMS光纤压力传感器是一种基于MEMS技术制造的压力传感器。
它利用光纤作为传感元件，通过对光纤中光的损耗进行测量，来实现对压力的测量。
由于其具有高精度、高稳定性、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于航空航天、石油化工、医疗器械等领域。
为了使MEMS光纤压力传感器能够正常运作，需要设计专门的检测电路系统。
本文旨在介绍MEMS光纤压力传感器检测电路系统的设计和分析。
MEMS光纤压力传感器采用的是光纤干涉测量原理。
其基本原理是：将一束光分成两路，分别经过两条光纤，经过两条光纤后再聚焦成一束光，经过光学检测器检测。
当不受压力作用时，两路光路匹配，干涉峰最大；当受到压力作用时，两路光路失去匹配，干涉峰发生位移。
通过测量干涉峰的位移，就可以得到受压力的大小。
二、检测电路系统设计检测电路是用来检测光纤干涉中干涉峰的信号变化，并将其转换为电信号的电路。
其基本组成部分包括光源、光纤、光学检测器和转换电路。
其中，光源用来发出一束光，经过光纤，经过光学检测器检测。
检测器将干涉峰的信号变化转换为电信号输出，经过转换电路变为标准电信号。
2、信号放大电路信号放大电路的作用是将传感器测量出来的微弱信号放大到合适的幅度，并将其采样成数字信号，送入控制系统进行处理。
放大电路的设计应考虑到MEMS光纤压力传感器输出信号的特点，如大小、精度、灵敏度等，从而达到最优的信噪比。
3、滤波电路设计滤波电路是为了消除传感器输出信号中存在的高频噪声，从而提高信号的可靠性和准确性。
常用的滤波电路包括低通滤波电路、高通滤波电路、带通滤波等。
在设计滤波电路时，需要根据具体情况选择适当的滤波器类型和参数，并对滤波器进行精确的校正和调整，以达到最优的滤波效果。
三、结论本文介绍了MEMS光纤压力传感器检测电路系统的设计和分析。
该电路系统的基本组成包括检测电路、信号放大电路和滤波电路等。
在设计时，应根据具体情况选择适当的电路组件，以达到最优的检测效果。
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析MEMS光纤压力传感器是一种基于光纤传感技术和MEMS技术相结合的新型传感器。
它通过对光纤的应变进行监测和测量，实现压力信号的获取和传输。
光纤压力传感器具有体积小、重量轻、精度高、响应速度快等优点，在工业、医疗、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
本文对MEMS光纤压力传感器的检测电路系统进行了设计和分析。
一、MEMS光纤压力传感器的工作原理MEMS光纤压力传感器由光纤传感元件和光电检测电路组成。
光纤传感元件一端固定，另一端则与受力物体相连。
当受力物体受到外界压力作用时，光纤被应变，导致传感元件长度发生微小变化，从而改变光纤传输的光功率。
光电检测电路通过检测光功率的变化来获得压力信号。
二、MEMS光纤压力传感器的检测电路系统设计要点1. 光纤传感元件的选用：光纤传感元件的选择应考虑其灵敏度、稳定性、线性度等因素。
一般而言，采用光纤光栅或光纤光学腔等结构较为常见。
2. 光电检测电路的设计：光电检测电路的设计需要考虑光电二极管的工作点选择、放大电路的设计等因素。
由于传感器的输出光功率较小，因此需要采用高灵敏度的光电二极管，并通过放大电路将微小的光功率变化放大到适合A/D转换的电压范围。
3. 温度补偿电路的设计：光纤传感元件的灵敏度和稳定性受到温度的影响较大，因此需要设计温度补偿电路来抵消温度引起的误差。
一种常见的方法是采用温度传感器测量环境温度，并通过微处理器进行温度补偿。
三、MEMS光纤压力传感器的检测电路系统设计分析1. 光纤传感元件的设计分析：光纤传感元件的设计需要考虑其应变灵敏度和机械结构的可靠性。
光纤光栅可以通过周期性的折射率调制来实现对光纤传输的调控，具有灵敏度高、线性度好的优点，适用于高精度的压力测量。
光纤光学腔则通过改变光纤的长度来改变光纤的传输特性，具有响应速度快的优点，适用于需要快速响应的场合。
MEMS光纤压力传感器的检测电路系统设计需要综合考虑光纤传感元件的选用、光电检测电路的设计和温度补偿电路的设计等因素。
迈克尔逊干涉仪(Michelson Interferometer
基础物理实验25测量空气折射率Measurements of the refractive index of air UsingMichelson Interferometer南开大学基础物理实验教学中心基础物理实验室在许多精密测量中，必须考虑测量环境的空气折射率对测量的影响，对测量结果进行修正。
通常，空气折射率与真空折射率相差是很小的，约在10-4数量级上。
因此不可能直接利用折射定律来测量，而是通过干涉方法测量。
迈克尔逊干涉仪（Michelson Interferometer）是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。
在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。
迈克尔逊干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪，可以实现等倾和等厚两种干涉。
完成一臂带有气室迈克尔逊干涉仪的组装和调整，学习利用加压法测量气体折射率，利用最小二乘法处理实验数据。
所提供的仪器用具光学平台、He-Ne激光器、平面反射镜两个、分束板、扩束镜、20cm气室、气压表，充气皮球及放气阀、屏依原理图自组仪器调整仪器●保证光在气室内通过的长度与气室的标称长度一致●在观察屏上获得大小要适中的等倾干涉条纹给气室充入不同气压的空气，记录气压分别为100mmHg 、150mmHg 、200mmHg 、250mmHg 时的条纹变化的数目，每个气压下测量三次。
假定空气折射率与气压成线形关系，利用最小二乘法处理实验数据。
N LP P n o o 21λ∆+=加压法测量？如何保证光在气室内通过的距离与气室标称长度一致？组装干涉仪的过程中，用什么作为基准进行各部件的调节依据•实验过程中平台振动对迈克尔逊干涉仪有何影响？这样的影响有何用途？•实验中放气时，条纹有可能冒出和陷入。
在气室内气压与外界一致时，放置气室的光程与另一路相比是大还是小？•如和利用迈克尔逊干涉仪测量一厚度已知的玻璃折射率。
迈克尔逊干涉仪干涉现象原理
迈克尔逊干涉仪干涉现象原理迈克尔逊干涉仪是一种用于测量光的干涉现象的仪器，由美国物理学家迈克尔逊于19世纪末发明。
它利用光的波动性质，通过光的干涉现象，来测量光的性质和测量长度等物理量。
迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理是通过将光分成两束，让它们分别经过两个不同的光路，然后再将它们重新合并在一起，观察光的干涉现象。
迈克尔逊干涉仪的结构由一个光源、一个分束器、两个光路和一个合束器组成。
光源发出的光经过分束器后被分成两束，分别通过两个光路。
光路中的一个被称为参考光路，另一个被称为待测光路。
在参考光路中，光线经过一面半透明镜后被反射回来，然后与待测光路中的光线在合束器处重新合并。
在合束器处，两束光线相遇，形成干涉现象。
当两束光线相遇时，它们会产生干涉现象。
干涉现象是由于光的波动性质所引起的，当两束光线的相位差为整数倍的波长时，它们会相互增强，产生明亮的干涉条纹；而当两束光线的相位差为半整数倍的波长时，它们会相互抵消，产生暗淡的干涉条纹。
通过观察干涉条纹的变化，可以得到关于光的性质以及光路长度的信息。
迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理可以用以下几个关键步骤来描述。
首先，光源发出的光经过分束器被分成两束，一束经过参考光路，一束经过待测光路。
然后，两束光线分别经过不同的光路，其中参考光路的一束光线经过半透明镜反射回来，与待测光路中的光线在合束器处重新合并。
最后，通过观察合束器处的干涉条纹，可以得到关于光的性质和光路长度的信息。
迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理可以应用于许多领域。
在物理学中，它可以用来测量光的波长、光速、折射率等物理量。
在工程学中，它可以用来测量长度、厚度、形状等。
在天文学中，它可以用来测量星体的距离和直径等。
迈克尔逊干涉仪的干涉现象原理的应用广泛，对于科学研究和工程实践具有重要的意义。
迈克尔逊干涉仪利用光的干涉现象来测量光的性质和物体的长度等物理量。
它的干涉现象原理是通过将光分成两束，经过不同的光路后再重新合并，观察干涉条纹的变化来获取信息。
Michelson干涉型光纤传感器原理.
一、引言光纤传感由于具有本质安全、电绝缘性好、灵敏度高及便于连网等优点，已在许多物理量的测量中得到应用，特别是基于光纤干涉的传感系统已成为物理量检测中最为精确的系统之一。
光纤干涉仪是一种高精度测量仪器，但存在相位随机漂移及倍频等光学问题。
现有文献报导中，解决的方法是采用相位生成载波技术，调制解调的实现过程复杂，并有可能产生信号波形的失真。
另外，虽有采用压电陶瓷（PZT）的报导，但未见对相位随机漂移及倍频问题的具体解决方法。
为此，本文给出一种简单实用的解决方案，在原理上说明其可行性，并进行了实验验证。
二、Michelson干涉型光纤传感器原理图1所示为Michelson相位调制型光纤干涉仪结构示意图。
由激光器发出的相干光经光隔离器和耦合器后一分为二分别送入2根长度基本相同的单模光纤（即干涉仪的两臂，其一为信号臂，另一参考臂），而后被反射膜反射，在耦合器的输出端发生干涉。
显然，这是一种双光束干涉仪，干涉光的幅度与信号光及参考光的幅度有关，其相位为两臂光相位之差，干涉场光强分布为I=I1+I2+2I1I2cos（Φ）=A+Bcos（Φ）（1）Φ=2nπl/λ（2）式（1）右端是光电转换的信号，I1、I2分别为干涉仪两臂单独存在时的光强，在检测时通常以直流项对待；2I1I2cos（Φ）表示干涉效应，当Φ=2mπ时，为干涉场的极大值，其中m为干涉级次。
式（2）中，Φ为干涉仪两臂光波的相位差，它可以表示为因为环境波动引起的随机漂移信号S和待测信号N之和，由光波波长λ、光纤折射率n以及光纤两臂长度差l共同决定。
在波长一定的情况下，两臂光程差改变nl，就改变了干涉信号的相位差，从而实现传感功能。
干涉光信号由光电转换器（PD）转换为电信号。
通过检测电信号的变化，就得到相应的干涉光信号的相位变化。
三、相位漂移及倍频原因简析由式（1）可见，I随Φ呈余弦变化规律，I～Φ关系曲线如图2所示。
在Φ=2nπ处为最大值（n=0，±1，±2，⋯⋯），而在Φ=（2n+1π处取值最小，而在Φ=nπ+π/2处变化最快，I变化最快即表示此时干涉仪具有最高灵敏度。
MEMS加速度传感器
核心部件都包含3 dB耦合器。
微谐振式
谐振式加速度传感器是一种典型的
微机械惯性器件，基本工作原理是 利用振梁的力频特性，通过检测谐 振频率变化量获取输入的加速度。
热对流式
微型热对流加速度计是利用封闭空
气囊内的自由热对流对加速度敏感 性。两个温度传感器对称地在有气 体的腔体两侧，中间有一个热源。
•加速度传感器中的分类
加速度传感器的原理随其应用而不同，有压阻式，电容式，压 电式，谐振式、伺服式等。
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
压阻式压阻式器件是最早微型化和商业化的一类加速度传感器。基于世界领先的 MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集 成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监 测等领域。
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
（d）在两面涂上光刻胶作为 湿法刻蚀的梁结构 （e）去除光刻胶以后两面重 新被氧化生成SiO2，随后再 EVG-100覆盖 （f）利用剩下的光刻胶进行刻 蚀然后移除光刻胶
GrLoOuGpO3
压阻式加速度传感器
工艺流程
（g）等刻蚀完成，对 称梁结构形成
工艺构造
当前大多数的电容式加速度传感器都是由三部分硅晶体圆片构成的，中层是由双 层的SOI硅片制成的活动电容极板。如图一所示， 中间的活动电容极板是由八个 弯曲弹性连接梁所支撑，夹在上下层两块固定的电容极板之间。基本结构选择需 要考虑的条件是：量程、刚性约束条件、弹性约束条件、谐振频率约束。对于梁 的选择一般是选择U形折叠梁，即可保证其一定的刚度又可以节省材料。为实现 过载保护常采用止挡块结构来限制敏感质量块运动的最大位移。常用材料是二氧 化硅
基于迈克尔逊干涉 原理的光纤传感器研究
共用一个双 面反射镜
由于传输光偏 振态对于相干 光通信和光纤 干涉仪以及干 涉型光纤传感 器的影响非常 明显，所以要 对光的偏振态 实施控制
光纤Michelson 干涉传感器的特点
1) 抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、 使用安全
2) 灵敏度高 3) 重量轻、体积小、可挠曲 4) 测量对象广泛 5) 传输损耗小 6) 传输容量大 7) 成本低
光纤Michelson 干涉传感器的应用
1） 应用于教学 2） 测量微位移 3） 测量折射率 4） 测量微应变、应力 5） 测量磁场的强弱 6） 测量压力
基于迈克尔逊干涉 原理的
光纤传感器研究
物类一班 李晓宁
200731020090
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和 莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的 精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实 现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条 纹，也可以产生等倾干涉条纹。主要用于长度和折 够引起测量臂的长度、折射率、直径的
本
变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振 等方面发生变化，测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干
原
涉（比较），使输出的光的相位(或振幅)发生变化
理
光纤Michelson 干涉仪系统原理
He- Ne 激光通过耦合透镜 L 进入单模光纤后被一个称 为FDC的装置分成强度相 的两束，分别进入参考臂 和测量臂中传播。 两干涉 臂中传播的光线经各自光 纤端面的反射镜M1、M2 反射重新返回光纤中，当 干涉仪两个臂间的光程差 小于光源的相干长度时， 两束光在FDC 的另一输出 端将发生干涉。输出的干 涉信号进入光电探测器D。 这样光电探测器D 就给出 了干涉强度和两束光光程 差之间的函数关系。
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析一、引言MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）技术是微机电系统技术的缩写，是将微米级或纳米级结构的机械部件、传感器、执行器及电子电路等集成在一起，形成一种新型的微米级系统，是微电子技术、微机械技术和光学技术相结合的产物。
MEMS技术已经广泛应用于各种传感器中，光纤压力传感器便是其中之一。
光纤压力传感器是一种利用光纤传感元器件的变形来检测压力的一种传感器，其特点是有较宽的温度适应范围和较高的分辨率。
本文将讨论MEMS光纤压力传感器检测电路系统的设计分析。
二、MEMS光纤压力传感器检测原理光纤压力传感器是利用光纤传感元器件的变形来测量物理量的一种传感器。
其基本原理是通过光纤传感元器件的变形，使光纤中的光发生相应的变化，再通过检测这种光的变化来获得被测物理量的信息。
光纤传感元器件一般包括光栅、光纤、光学波导等光学元件，这些元件可以对光纤中的光进行调制、散射等操作，当受到外界压力作用时，这些光学元件会发生相应的变形，从而影响到光的传播方式和参数，通过检测这些变化就可以获得外界压力的信息。
光纤压力传感器的检测原理可以简单概括为：外界压力作用下，使得光纤中的光发生相应变化，再通过光的检测获取外界压力信息。
三、MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计1. 信号采集电路设计光纤压力传感器通过光的检测来获取外界压力信息，因此需要设计一个信号采集电路来对光信号进行采集和处理。
信号采集电路一般包括光电探测器、放大电路和滤波电路等。
光电探测器是将光信号转换为电信号的设备，一般采用光电二极管或者光电探测器阵列。
放大电路用于放大光电转换后的微弱信号，以便后续的处理和分析。
滤波电路用于对信号进行滤波处理，去除干扰信号，提高信噪比。
2. 信号处理电路设计信号采集电路获取到光信号后，还需要进行一系列的信号处理，包括放大、滤波、数字化等。
信号处理电路一般包括模拟信号处理电路和数字信号处理电路。
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析MEMS光纤压力传感器是一种新型的压力传感器，它采用MEMS技术和光学原理相结合，具有高精度、快速响应、无电磁干扰等优点，在工业自动化控制、生物医学、环境监测等领域有广泛应用。
本文设计一个MEMS光纤压力传感器检测电路系统，详细介绍设计过程和性能分析。
1.光纤光栅传感器原理光纤光栅传感器是一种利用光纤光栅的衍射效应来测量物理参数的传感器。
光纤光栅传感器由一段光纤和一组光栅光纤光栅光纤光栅光纤光栅光纤光栅组成，当光纤被施加压力或形变时，光栅周期发生变化，使光波在光栅处发生衍射，通过检测衍射光的干涉图案来确定物理参数的变化。
传感器的光栅光纤和检测光纤分别连接到光纤四向分路器的两个分路口上，通过光纤耦合器将检测光纤和光电探测器相连。
为了避免光纤的传输损耗，在光纤光栅传感器的摆放位置两端需添加衰减器。
光纤光栅传感器电路设计如下图所示：在该电路中，光源通过光纤四向分路器单向耦合到传感器的光栅光纤上，当光纤光栅受到压力时，光栅周期发生变化，光波经过光纤四向分路器的光纤，一部分光照射到检测光纤内部，另外一部分光波从光纤四向分路器的输出口射出，在光电探测器接收端形成干涉光谱信号。
通过对干涉光谱信号的处理分析，可以得到光纤光栅传感器的压力变化量。
3.检测电路分析检测电路主要由光电探测器和信号处理电路组成。
光电探测器一般选用光电二极管或光电转换器，其输出电流与光强成正比。
由于光源的亮度不均匀、光纤长度等原因，光电探测器的输出信号可能存在噪声和漂移。
为了去除噪声和漂移，需要对信号进行放大和滤波处理。
放大电路可选用运算放大器或差分放大器，放大倍数决定了信号的灵敏度和动态范围。
滤波电路可选用低通滤波器或带通滤波器，去除高频噪声和信号干扰。
4.性能测试与分析对光纤光栅传感器检测电路进行性能测试，主要检测灵敏度、响应时间和可靠性等指标。
灵敏度指传感器输出信号与压力变化之间的关系，一般使用压力表进行对比测试。
基于迈克尔逊干涉原理的光纤传感器研究
国家大学生创新性计划项目结题报告
四、结构整体张拉施工方案
3 .施工方案过程详述：
③将上述部件与斜撑杆相连。
国家大学生创新性计划项目结题报告
四、结构整体张拉施工方案
3 .施工方案过程详述：
④将斜撑杆另一端连接其它节点部件。 该过程注意：由于每一节点中有两个不相交 线道分别对应结构的纵横向，为使弦线穿道 过程不发生弯折，所连部件节点中的同方向 线道应相对应，既位于节点的同一高度。
国家大学生创新性计划项目结题报告
四、结构整体张拉施工方案
3 .施工方案过程详述：
⑧整体调整。收紧花篮螺栓，使得弦 线处于微（预）张力状态。
国家大学生创新性计划项目结题报告
四、结构整体张拉施工方案
3 .施工方案过程详述：
⑨节点间定线长。通过计算发现节点间 弦线的力并不相等，为保证施力完成“后力 到形到”，我们要使节点间线等长。通过测 量定长后，安装节点上的定位螺栓将弦线定 位。
作为索穹顶的孪生兄弟，单层双向张 拉整体网格结构尚未在工程中得到应用。
国家大学生创新性计划项目结题报告
一、科研背景
3.我们的张拉整体结构
为了增进我们对张拉整
体结构的了解，促进张拉整 体结构研究的进步，我们设 计了一两米见方的单层双向 张拉整体网格结构模型。该 模型的设计与施工的研究， 为我们实现单层双向张拉整 体网格结构工程应用的梦想 迈出了坚实的一步。
国家大学生创新性计划项目结题报告
二、部件设计方案
4 .定位销
定位销是辅助施工的附加部件，实现 部件的初步定位。
组成：带螺丝孔道圆柱+螺栓杆 工作时，弦线穿过孔道后，将螺栓旋 进螺孔并顶紧弦线，以达到初步锚固弦线的 目的。
国家大学生创新性计划项目结题报告
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析MEMS光纤压力传感器是一种基于MEMS技术制造的微型传感器，可以用于测量各种物体的压力。
在光纤压力传感器中，光纤作为传感元件，通过测量光纤的弯曲程度来获取被测物体施加的压力。
光纤压力传感器检测电路系统设计的目标是实现对光纤弯曲程度的检测和压力值的测量。
主要包括光纤弯曲检测电路和压力测量电路两部分。
光纤弯曲检测电路主要用来检测光纤的弯曲程度。
一种常见的设计方法是采用光电二极管和激光二极管构成的传感电路。
光纤上的激光光束被光电二极管接收后会产生电流信号，信号的强弱与光纤的弯曲程度成正比。
该电流信号经过放大和滤波处理后送至微处理器进行数字化处理。
微处理器可以根据光纤弯曲程度的变化来判断被测物体施加的压力。
压力测量电路主要用来测量被测物体施加的压力值。
一种常见的设计方法是采用压电传感器和放大电路构成的压力测量电路。
压电传感器能够将压力信号转换为电荷信号，然后通过放大电路对电荷信号进行放大。
将放大后的信号送至模数转换器进行数字化处理。
经过数字处理后，可以得到被测物体施加的压力值。
在光纤压力传感器检测电路系统中，还需要设计和实现一种快速数据采集和处理的方法。
一种常见的设计方法是使用高速模数转换器和专用芯片进行数据采集和处理。
高速模数转换器能够以较高的采样率对压力信号进行数字化处理，而专用芯片则可以实现对数字信号的快速处理和分析。
为了提高系统的准确性和可靠性，还可以采用校准技术对传感器进行校准，以消除电路中的误差和非线性问题。
在设计光纤压力传感器检测电路系统时，需要考虑传感器的灵敏度、精度和稳定性等因素。
可以通过采用优质的传感器材料和精确的电路元件，以及合理的电路布局和参数设置来提高系统的性能。
还需要进行系统的可靠性和稳定性测试，以确保系统能够在各种工作环境和条件下正常运行。
MEMS新型光纤加速度传感器设计.
第 10卷第 17期 2010年 6月 167121815(2010 1724293203科学技术与工程Science Technol ogy and EngineeringVol 110 No 117 June20102010 Sci 1Tech 1Engng 1M E M S 新型光纤加速度传感器设计张伟亮房晓勇崔晓光杨震(燕山大学理学院 , 秦皇岛 066004摘要由于微机械系统的广泛应用 , 感器 , , , 影响。
关键词 ME 中图法分类号文献标志码A2010年 3月 15日收到第一作者简介 :张伟亮 (1983— , 男 , 硕士研究生 , 河北廊坊市人 , 研究方向 :微加速度传感器。
E 2mail:waiting1005@s ohu . com 。
微电子机械系统 (ME MS 是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的新兴学科 , 它以微电子及机械加工技术为依托 , 范围涉及微电子学、机械学、力学、自动控制学、材料科学等多种工程技术和学科 , 是一个新兴的、多学科交叉、多技术融合的高科技领域。
作为微传感器的重要分支之一的微加速度传感器一直是热门的研究课题。
尽管各类加速度传感器的物理效应有所差别 , 结构形式也各有不同 , 但都基于牛顿惯性定律和达朗贝尔原理 ; 有着相似的工作原理 , 即传感器中可动质量块感应加速度而产生一定的相对位移 , 通过检测由这些位移所引起的电阻或电容等物理量的变化 , 并转化为信号的输出 , 就可以度量出输入的加速度[1]。
基于对微加速度传感器国内外研究状况 , 设计了一种新型微加速度传感器。
该传感器采用光纤光强调制机理获得加速度。
1 I 型微传感器机构传感器结构如图 1, 称之为 I 型微传感器。
在硅基上 , 采用双面刻蚀获得图 1所示机构 , 包括中心质量块 , 及两空气腔 A , B 。
其工作机理为 :在中心质量块的两个平面 S 1和 S 2都是镀铝反射膜 , 光纤分别固定于空气腔壁中心位置 , 如图 1所示 , 光纤 1距离反射膜 S 1为 L 1, 光纤 2距离反射膜 S 2为 L 2, 无加速度时 L 1=L 2=L 。
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析1. 引言1.1 研究背景MEMS光纤压力传感器是一种基于微机电系统技术的高精度压力传感器，具有体积小、响应速度快、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于航空航天、医疗仪器、工业自动化等领域。
随着传感器技术的不断进步，MEMS光纤压力传感器在实际应用中展现出越来越大的潜力。
目前对于MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计方面的研究还比较有限，存在着一些问题亟待解决。
在传统的光纤传感器中，由于受到光源、光纤等因素的影响，易受到噪声干扰，导致信号的失真和精度降低。
针对这一问题，研究人员提出了利用MEMS技术制备光纤压力传感器，并配合巧妙设计的检测电路系统来提高信号的稳定性和精度。
对于MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计的研究具有重要的意义，可以为传感器的应用提供更加可靠和准确的数据支持。
本文旨在针对MEMS光纤压力传感器检测电路系统进行深入的分析和研究，为其在各领域的应用提供技术支持和参考。
1.2 研究意义MEMS光纤压力传感器是一种新型的压力传感器，具有体积小、重量轻、灵敏度高、响应速度快等优点，广泛应用于医疗、航空航天、汽车等领域。
通过对MEMS光纤压力传感器的检测电路系统设计分析，可以更好地理解其工作原理，提高其检测精度和稳定性，为相关领域的研究和应用提供技术支持。
研究MEMS光纤压力传感器检测电路系统的意义在于可以探索其在不同环境下的应用特性，进一步完善其性能指标，为其在医疗监测、工业生产等方面的推广提供技术支持。
通过深入研究其信号放大电路设计和噪声分析，可以优化其检测灵敏度和抗干扰能力，提高其在复杂环境下的可靠性和稳定性。
对MEMS光纤压力传感器检测电路系统的设计分析具有重要的研究意义，可以促进相关领域的技术发展和应用推广，推动传感器技术的创新和进步。
1.3 研究目的研究目的是为了探索MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计的关键技术，以提高传感器的检测精度和稳定性。
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析随着科学技术的不断发展， MEMS（微型电机系统）技术在传感器领域的应用越来越广泛。
MEMS光纤压力传感器因其高精度、高灵敏度和小尺寸等优点，被广泛应用于医疗、航空航天、工业控制等领域。
本文将从电路系统设计的角度，对MEMS光纤压力传感器的检测电路系统进行分析和设计。
1. MEMS光纤压力传感器工作原理MEMS光纤压力传感器是利用MEMS技术制作的微型压力传感器，其工作原理是通过外界压力作用在传感器上，使其内部光纤的光强发生变化，进而反映出被测介质的压力大小。
在MEMS光纤压力传感器内部，通常包含有光源、光纤光栅、光谱仪、光纤光谱分析仪、微机电系统等组成部分。
通过测量光纤光栅处的光强变化，就可以准确地获取被测介质的压力大小。
MEMS光纤压力传感器的检测电路系统是其重要组成部分，设计良好的检测电路系统可以有效提高传感器的灵敏度和稳定性。
在进行检测电路系统的设计时，需要考虑以下几个方面的要求：（1）高灵敏度：传感器对外界压力的检测灵敏度要求高，能够精确地测量微小的压力变化。
（2）宽工作范围：检测电路系统需要具有较宽的工作范围，能够适应不同压力范围的检测要求。
（3）低功耗：传感器工作时需要消耗较少的能量，因此检测电路系统需要具有低功耗的特点。
（4）高稳定性：检测电路系统需要具有良好的温度稳定性和电路稳定性，以确保传感器工作时的稳定性和可靠性。
（1）前端信号放大电路前端信号放大电路是MEMS光纤压力传感器检测电路系统的重要组成部分，其设计直接影响了传感器检测灵敏度和稳定性。
在设计前端信号放大电路时，需要考虑到传感器输出的光强信号较小，需要放大至可以被后续电路处理的程度。
通常可以采用运算放大器进行信号放大，同时需要考虑电路的输入阻抗和输出阻抗的匹配，以避免信号失真和干扰。
（2）滤波电路由于传感器工作时会受到一定频率的干扰，因此设计滤波电路是十分必要的。
滤波电路可以通过滤除高频和低频噪声信号，使得传感器输出的信号更加稳定。
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析
MEMS光纤压力传感器检测电路系统设计分析MEMS（微电子机械系统）光纤压力传感器是一种基于MEMS技术的传感器，它能够将压力信号转化为光信号进行检测。
本文将对MEMS光纤压力传感器检测电路系统的设计进行分析，并对其中的关键技术进行介绍。
MEMS光纤压力传感器的检测电路系统包括光源、光纤、光纤耦合器、光纤光束分束器、压力传感器芯片和光电探测器等组成。
光源用来提供光信号，一般采用激光二极管或发光二极管。
光纤用来传输光信号，将光源发出的光信号引导至压力传感器芯片。
在光纤和压力传感器芯片之间，需要使用光纤耦合器来实现光信号的耦合。
光纤耦合器是一种光学器件，它能够将来自光源的光信号耦合到光纤中，并将光纤中的光信号耦合到压力传感器芯片中。
光纤耦合器的设计需要考虑光信号的损耗和耦合效率，以保证光信号的传输质量。
在压力传感器芯片中，采用了MEMS技术制作的压力传感器结构。
这种结构一般包括一个微弯曲光纤和一个微弯曲结构。
当外界施加压力时，微弯曲光纤会发生形变，从而改变通过光纤的光信号。
压力传感器芯片需要将这种变化转化为电信号，并输出给后续处理电路。
为了检测光信号的变化，需要使用光电探测器进行信号的转换。
光电探测器是一种能够将光信号转化为电信号的器件，一般采用光电二极管或光电晶体管。
光电探测器的输出信号与输入光信号的强度成正比。
通过测量光电探测器的输出电压或电流，可以得到压力传感器的输出信号。
在MEMS光纤压力传感器检测电路系统的设计中，关键技术包括光纤耦合器的设计和压力传感器芯片的设计。
光纤耦合器的设计需要考虑光信号的传输损耗和耦合效率，以及制造工艺的可行性。
压力传感器芯片的设计需要考虑传感器的灵敏度、稳定性和可靠性。
还需要考虑电路的功耗、带宽和抗干扰能力等指标。
基于迈克尔逊干涉测力传感器装置的设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｆｏ ｒ ｃ ｅ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍｉ ｃ ｈ ｅ ｌ ｓ ｏ ｎ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ
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第３ ０ 卷第 ２ 期 ２ ０ １ ５ 年４ 月
光 电技术 应用
ＥＬ ＥＣＴ ＲＯ． Ｏｆ Ｃ ＴＥ ＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＰ Ｐ Ｌ Ｉ ＣＡＴ １ ０Ｎ
Ｖｏ １ ． ３ ０． Ｎ Ｏ． ２
Ａｐ ｒ ｉ ｌ ， ２ ０ １ ５ ・测试 、 试验 与仿真 ・
基 于迈 克尔逊干涉测力传感器装置 的设计
Michelson干涉型光纤传感器原理.
一、引言光纤传感由于具有本质安全、电绝缘性好、灵敏度高及便于连网等优点，已在许多物理量的测量中得到应用，特别是基于光纤干涉的传感系统已成为物理量检测中最为精确的系统之一。
光纤干涉仪是一种高精度测量仪器，但存在相位随机漂移及倍频等光学问题。
现有文献报导中，解决的方法是采用相位生成载波技术，调制解调的实现过程复杂，并有可能产生信号波形的失真。
另外，虽有采用压电陶瓷（PZT）的报导，但未见对相位随机漂移及倍频问题的具体解决方法。
为此，本文给出一种简单实用的解决方案，在原理上说明其可行性，并进行了实验验证。
二、Michelson干涉型光纤传感器原理图1所示为Michelson相位调制型光纤干涉仪结构示意图。
由激光器发出的相干光经光隔离器和耦合器后一分为二分别送入2根长度基本相同的单模光纤（即干涉仪的两臂，其一为信号臂，另一参考臂），而后被反射膜反射，在耦合器的输出端发生干涉。
显然，这是一种双光束干涉仪，干涉光的幅度与信号光及参考光的幅度有关，其相位为两臂光相位之差，干涉场光强分布为I=I1+I2+2I1I2cos（Φ）=A+Bcos（Φ）（1）Φ=2nπl/λ（2）式（1）右端是光电转换的信号，I1、I2分别为干涉仪两臂单独存在时的光强，在检测时通常以直流项对待；2I1I2cos（Φ）表示干涉效应，当Φ=2mπ时，为干涉场的极大值，其中m为干涉级次。
式（2）中，Φ为干涉仪两臂光波的相位差，它可以表示为因为环境波动引起的随机漂移信号S和待测信号N之和，由光波波长λ、光纤折射率n以及光纤两臂长度差l共同决定。
在波长一定的情况下，两臂光程差改变nl，就改变了干涉信号的相位差，从而实现传感功能。
干涉光信号由光电转换器（PD）转换为电信号。
通过检测电信号的变化，就得到相应的干涉光信号的相位变化。
三、相位漂移及倍频原因简析由式（1）可见，I随Φ呈余弦变化规律，I～Φ关系曲线如图2所示。
在Φ=2nπ处为最大值（n=0，±1，±2，⋯⋯），而在Φ=（2n+1π处取值最小，而在Φ=nπ+π/2处变化最快，I变化最快即表示此时干涉仪具有最高灵敏度。
基于迈克尔逊干涉原理的高精度位移传感器
3国家自然科学基金项目(项目编号:50175037)收稿日期:2006年10月基于迈克尔逊干涉原理的高精度位移传感器3杨旭东 陈育荣 谢铁邦华中科技大学摘 要:介绍了一种新型的基于迈克尔逊干涉原理的高精度位移传感器,分析了其光学原理、测量电路和信号细分方法。
该位移传感器还采用了一种新的光电管排列方法,使得信噪比较传统的光电管排列方法有极大的提高并且更便于光学调整。
该传感器的测量分辨率高达5nm ,可应用于表面形貌的高精度测量。
关键词:迈克尔逊干涉, 位移传感器, 光电管, 信噪比H igh Precision Displacement Sensor B ased on Michelson I nterference PrincipleY ang Xudong Chen Y urong X ie T iebangAbstract :A high precision displacement sens or based on M ichels on inter ference principle is presented.The optical princi 2ple ,the measurement circuit and the subdivision method are analyzed.An im proved arrangement method for photoelectric cells is applied in the sens or.The detection signal -to -noise ratio of the new method is im proved remarkably and it facilitates optical ad 2justment com pared with the traditional methods.The res olution of the high precision displacement sens or is about 5nm and the sen 2s or can be applied in high precision measurement of sur face topography.K eyw ords :M ichels on inter ference , displacement sens or , photoelectric cells , signal 2to 2noise ratio 1 引言随着制造业的飞速发展,人们对工件表面质量的要求也越来越高。
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MEMS论文：MEMS光纤加速度传感器理论研究
【中文摘要】微型加速度传感器具有高可靠性,高灵敏度等特点,在汽车工业、航天、生物和医学等领域受到了广泛的关注。
目前,微型加速度传感器的测量原理大多采用电容式、压阻式、热电偶式等较为成熟的结构,对于光电式的微加速度传感器的研究比较少,而与成
熟的光纤传感技术相结合的光纤加速度传感器的研究很少。
论文应用MEMS技术与全光纤干涉原理相结合提出了一种光纤微加速度传感器,对该系统的传感机理,光路系统,信号处理系统进行研究。
在一定程度上既解决普通光纤制作的光学器件尺寸很难缩小的问题,同时又能弥补集成光波导器件制作难度高和损耗较大的缺点和不足。
本文首先介绍了国内外关于微加速度传感器的研究现状和发展趋势,论述了光纤传感技术的基本原理,分析了几种典型的相位调制型干涉仪的干涉原理,为后文加速度测量提供了理论基础。
其次,对迈克尔逊干涉型光纤加速度计的结构和工作原理进行了深入的研究。
从传感原理出发,讨论并推导了光在光路中传播时光程差变化。
该光纤加速度计的工作过程为:敏感元件感受外界的加速度信号,并把它转化成麦克尔逊干涉
条纹的移动,干涉条纹的移动数量即代表被测加速度值。
再次,利用材料力学的相关原理建立起质量块的位移运动方程,...
【英文摘要】Acceleration sensor with high reliability and high fidelity is concerned more and more in the field of automotive industry, spaceflight, biology, medicine and etc.
Currently, the measurement principle of micro-accelerometer uses mostly capacitive, thermocouple type, and so a more mature structure, the optical-type micro acceleration sensor less, but with a mature combination of optical fiber sensing technology little research on fiber-optic accelerometer. Application of MEMS technology and paper all-fiber i...
【关键词】MEMS 光纤传感器加速度传感器结构设计迈克尔逊干涉
【英文关键词】MEMS Fiber-optic sensors Acceleration transducer Structural design Michelson’s interferometer 【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848
【目录】MEMS光纤加速度传感器理论研究摘要
5-6Abstract6-7第1章绪论10-14 1.1 微机械传感技术概述10-11 1.1.1 微机械系统及微加速度传感器10 1.1.2 微加速度传感技术的应用领域10-11 1.2 微加速度传感器的研究现状11-13 1.3 课题的主要内容以及研
究意义13-14第2 章光纤加速度计的理论基础
14-30 2.1 光纤加速度计的力学原理14-19 2.1.1 加
速度的概念14-16 2.1.2 比力16-17 2.1.3 地球重力
场中的加速度计17-19 2.2 光纤波导的原理19-22 2.3 光纤传感技术综述22-23 2.4 光纤加速度计的种类及调制原
理23-25 2.4.1 光强调制型光纤加速度计23-24 2.4.2 相位调制型光纤加速度计24-25 2.5 几种典型的相位调制型
光纤传感结构25-28 2.5.1 迈克尔逊干涉结构
25-27 2.5.2 法布里-珀罗干涉结构27-28 2.5.3 马赫-曾德尔干涉结构28 2.6 本章小结28-30第3 章微光纤加速度计的结构设计30-48 3.1 微光纤加速度传感系统结
构的总体设计思路30-31 3.2 系统的光源设计
31-35 3.2.1 光源的选取31-33 3.2.2 光源电路设计33-35 3.3 系统敏感元件组的结构设计35-41 3.3.1
光的干涉现象35-38 3.3.2 光程和光程差38 3.3.3 传感系统敏感元件组及光路的结构设计38-41 3.4 转换元件组
与测量电路的设计41-46 3.4.1 光信号的接收电路及细分电
路41-43 3.4.2 光信号的输入电路与计数电路
43-44 3.4.3 可逆计数器的工作原理44-45 3.4.4 加
速度值的数据计算模块45-46 3.5 本章小结46-48第4 章 MEMS 传感结构设计48-58 4.1 Coventor Ware 简介
48-49 4.2 测量Z 方向加速度的原理推导49-51 4.3 设计参量对传感器量程的影响51-54 4.4 设计参量对传感器
分辨率的影响54-55 4.5 设计参量对传感器测量精度的影响55-56 4.6 传感器设计参量的选取56-57 4.7 本章小
结57-58第5 章 MEMS 光纤加速度传感器噪声分析
58-66 5.1 传感器探头噪声分析58-59 5.1.1 机械结
构噪声(布朗Brownain 噪声)58 5.1.2 随机振动的噪声
58-59 5.1.3 吸附与解吸附噪声的影响59 5.2 外部光路调制传输系统噪声59-64 5.2.1 激光光源引入的强度噪声60-61 5.2.2 电子系统内部的固有噪声61-64 5.2.3 环境干扰噪声64 5.3 本章小结64-66结论
66-68参考文献68-72攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果72-73致谢73-74作者简介74。