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基于扩展粒子蚁群算法的ZnO镀膜光纤传感器的研究
作 者: 张晓婷
导 师: 周力
学 校: 南昌航空大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: 光纤传感器 ZnO镀膜 反射系数 功率耦合效率 扩展粒子蚁群算法
分类号: TP212
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
随着光纤传感技术和光通信的发展,光纤传感器成为现代光纤通信研究的热点问题。目前,光纤传感器具有结构简单,使用方便,可靠性强,易于光纤中光传输特性的改变等特点,主要用于应变、压力、位移和电磁场等多种物理量的测量,具有十分广泛的应用前景。如何提高光纤器件的工作效率成为制作这类器件一大难题,本文就是针对这个问题展开研究,通过优化找出与器件相关的匹配参数,研究光纤器件各相关参数对整个传输过程的影响,为今后ZnO镀膜光纤传感器的制作提供重要的理论参考依据。本文在查阅大量资料和研究成果的基础上,首先简单概述了光纤传感器的原理、类型和优点,然后介绍了课题的研究背景、意义和国内外研究现状。随后分析了光纤传感器的等效电路和网络模型,并在此模型基础上建立优化目标函数。利用MATLAB仿真扩展蚁群算法(extensive ant colony algorithm,ACOR)、粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)和扩展粒子蚁群算法(extensive particle swarmant colony algorithm,PACO_R)对目标函数优化,仿真结果比较表明PACO_R算法具有较强搜索全局解的能力。重点研究的是PACO_R算法优化所得的器件参数值,并结合GUI界面设计,分析各个参数变化对器件的影响,为ZnO镀膜光纤传感器的制作提供匹配参数参考。同时根据声光相互作用的机理,研究相位调制型光纤传感器的相位偏移,并推导相移的数学模型,总结功率耦合效率与相移的相关性。最后将理论计算值与测量实验值进行比较,对相移特性进行了分析。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 第1章 绪论 8-18 1.1 光纤传感器概述 8-11 1.1.1 光纤传感器的原理 8-9 1.1.2 光纤传感器的类型 9-11 1.1.3 光纤传感器的优点 11 1.2 课题研究的背景与意义 11-13 1.3 国内外研究现状 13-16 1.3.1 声光器件研究现状 13-14 1.3.2 蚁群算法研究现状 14-16 1.4 论文研究的主要内容 16-18 第2章 ZnO 镀膜光纤传感器模型 18-29 2.1 等效电路 18-22 2.1.1 非压电层等效电路 19-20 2.1.2 压电层等效电路 20-22 2.2 网络模型 22-24 2.2.1 非压电层的二端口模型 22-23 2.2.2 ABCD 模型的转化 23-24 2.3 ZnO 镀膜光纤器件优化模型 24-28 2.3.1 反射系数优化模型 24-27 2.3.2 功率耦合效率优化模型 27-28 2.4 本章小结 28-29 第3章 蚁群算法原理 29-44 3.1 基本蚁群算法 29-34 3.1.1 真实蚁群的行为描述 29-30 3.1.2 机制原理 30-31 3.1.3 数学模型 31-32 3.1.4 实现步骤 32-34 3.1.5 基本蚁群算法的优缺点 34 3.2 扩展蚁群算法 34-40 3.2.1 连续空间蚁群算法 34-35 3.2.2 扩展蚁群算法的实现 35-39 3.2.3 扩展蚁群算法的步骤和流程 39-40 3.3 扩展粒子蚁群算法 40-43 3.3.1 粒子群算法 40-42 3.3.2 扩展粒子蚁群算法的步骤和流程 42-43 3.4 本章小结 43-44 第4章 ZnO 镀膜光纤传感器反射系数的研究 44-56 4.1 反射系数 S_(11)优化目标函数 44 4.2 基于 PACO_R算法的反射系数优化 44-48 4.2.1 仿真结果 44-47 4.2.2 反射系数 S_(11)的频率曲线基本特征 47-48 4.3 GUI 界面设计 48-50 4.4 ZnO 镀膜光纤传感器各参数对反射系数的影响 50-55 4.5 本章小结 55-56 第5章 ZnO 镀膜光纤传感器功率耦合效率的研究 56-68 5.1 功率耦合效率优化目标函数 56 5.2 基于 PACO_R算法的功率耦合效率优化 56-57 5.3 ZnO 镀膜光纤传感器各参数对功率耦合效率的影响 57-61 5.4 相移研究 61-67 5.4.1 相位调制机理 61-63 5.4.2 相移的实验测量 63-65 5.4.3 相位调制的相移特性 65-67 5.5 本章小结 67-68 第6章 总结与展望 68-70 6.1 本文主要内容 68-69 6.2 下一步的研究工作展望 69-70 参考文献 70-74 攻读硕士期间发表的论文 74-75 致谢 75-76
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器
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