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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
下 载: 19次
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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。

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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