新型高精度光纤加速度计系统研究

摘要

本文研究了一种基于马赫-增德尔（Mach-Zehnder）干涉原理的光纤加速度计系统及其加速度信号的滤波技术。同传统的加速度计相比，该光纤加速度计系统具有精度高、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰和传输频带宽等优点，具有广阔的应用前景。同时，将小波多分辨分析的方法用于加速度计信号的滤波处理，提高了系统的精度。 本文首先对马赫-增德尔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纤中传播时相位变化与光纤应力应变之间的关系。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，并把它转化成马赫-增德尔干涉仪测量臂的拉伸或压缩，从而引起测量臂中的光波相位变化，相位变化量即代表被测加速度值。 其次，由于输出的加速度计信号通常受到随机噪声的干扰，因此本文采用数字信号处理技术对加速度信号进行滤波处理。1/f噪声是影响光纤加速度计精度的一个重要因素，本文详细地研究了小波多分辨分析的方法及1/f噪声在小波域呈现出的某些特殊性质。在此基础上，构造1/f噪声的模型，利用Mallat算法并选取适当的阈值对加速度信号进行滤波处理，实验结果表明，该滤波方法是有效的。 最后，本文从提高系统精度的角度出发，在理论分析的基础上，设计出放大电路和低通滤波电路，并利用Pspice软件对电路进行了仿真。从仿真结果看，输出信号符合设计要求，故本文所设计的电路具有一定的可行性。