【摘 要】
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加速度计作为一种重要的测量仪器,在当前科学研究、生产制造等方面有着广泛的应用。迄今为止,人们利用转换原理实现了各类加速度计,主要可以分为传统电学与光学加速度计。本
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加速度计作为一种重要的测量仪器,在当前科学研究、生产制造等方面有着广泛的应用。迄今为止,人们利用转换原理实现了各类加速度计,主要可以分为传统电学与光学加速度计。本文以光学加速度计为研究对象,采用多模干涉原理,开展相应的理论分析与仿真验证工作。首先,分别综述了四类光学加速度计的特点。干涉仪型光学加速度计结构复杂,布拉格光栅型光学加速度计容易受到外界温度变化影响,谐振腔型光学加速度计制作过程复杂,以上三种光学加速度计均为分立元件,不易于与其它元件实现集成。进而提出了多模干涉光学集成型加速度计不仅结构简单、便于制作,而且还易于集成。其次,阐述了多模干涉原理、光纤传输原理和光束传播法原理。在此基础上,设计出了多模干涉光学集成型加速度计模型。将多模干涉传感元件附着于悬梁臂上,当悬梁臂受外界加速度作用时,传感元件尺寸就会发生变化,根据弹光效应可知,这种变化使得传输的光波信号发生波长漂移,通过理论分析与计算,获得外界加速度值。最后,利用MATLAB软件对基模和高阶模进行模场分析。利用MATLAB对高阶模与基模耦合效率进行数值求解,得出信号在多模光纤中传输了将近5cm时出现相长干涉,故选定此传输距离为多模光纤的长度。利用ANSYS软件对传感元件应变与外界加速度之间的关系进行分析。在多模干涉传感元件受到外界加速度影响情况下,选取输入光波信号波长为1.55μm,信号波长变化率与理论计算相一致。多模干涉光学集成加速度计具有结构简单、容易制作、易集成的特点,在振动传感等领域具有潜在应用价值。
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