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干涉型光纤弱磁场传感器数学模型和软解调技术研究

作　者: 洪琳
导　师: 陈建平
学　校: 上海交通大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 光纤磁传感器磁致伸缩 Mach-Zehnder干涉有限元分析灵敏度软件解调
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

光纤弱磁场传感器具有灵敏度高、动态范围大、使用方便、抗干扰能力强等优点,有非常大的发展潜力和应用前景,是当今磁场传感技术中的研究热点。光纤马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪具有非常高的感应灵敏度,将其与磁致伸缩材料相结合,便可实现干涉型高灵敏度的光纤磁传感系统探头,国内外已有很多研究机构开展了这方面的工作。本论文的研究对象为Mach-Zehnder结构干涉型光纤弱磁场传感器,结合了“光纤弱磁场传感器”项目,主要研究内容是磁传感探头磁场分布的有限元分析、系统灵敏度分析以及传感器信号的软件解调。主要研究成果如下:1.从电磁场基本理论出发,介绍有限元分析法求解数值问题,采用有限元分析软件ANSYS对探头进行电磁场有限元分析,并给出了探头在静态外磁场和动态外磁场下的磁场分布,在对磁传感探头的磁场分布进行理论分析的基础上,提出相应的数学模型。2.从磁致伸缩材料性能以及光纤磁场传感器基本原理出发,对创新的跑道型磁传感探头的电磁场分布进行有限元分析,给出实用的传感器数学模型,介绍光纤弱磁传感器灵敏度的计算原理并对传感器的灵敏度进行模拟计算,跑道型磁传感探头灵敏度为5.67*10 7(V / T )。3.介绍光纤弱磁场传感器信号的软件解调方法的原理、系统组成、自编解调软件及计算结果,研究表明,采样频率越高,计算结果越精确,一般建议使用200kHz以上的采样频率,干涉仪处于正交工作点时灵敏度最大。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-11
  1.1 光纤弱磁场传感器概述  9-10
    1.1.1 光纤弱磁场传感器的发展背景  9
    1.1.2 磁致伸缩干涉型光纤磁场传感器的分类  9-10
  1.2 光纤弱磁场传感器需解决的问题  10
  1.3 本论文的工作  10-11
第2章干涉型光纤弱磁传感器基本原理  11-20
  2.1 磁致伸缩原理  11-12
  2.2 磁致伸缩干涉型光纤磁场传感器的基本原理  12-14
  2.3 磁致伸缩干涉型光纤磁场传感器的分类  14-17
    2.3.1 Fabry-Perot 干涉型光纤磁场传感器  14-15
    2.3.2 Mach-Zehnder 干涉型光纤磁场传感器  15-16
    2.3.3 Michelson 干涉型光纤磁场传感器  16-17
  2.4 光纤弱磁场传感器的系统结构  17-20
第3章磁传感探头磁场分布的有限元分析  20-41
  3.1 有限元法概况  20-21
  3.2 有限元法计算原理  21-25
  3.3 磁传感探头磁场分布的有限元计算  25-41
    3.3.1 物理模型和参数  25-26
    3.3.2 有限元模型  26
    3.3.3 计算步骤  26-28
    3.3.4 静态磁场的计算结果  28-35
    3.3.5 动态磁场的计算结果  35-41
第4章干涉型光纤磁传感器灵敏度分析  41-47
  4.1 系统灵敏度  41
  4.2 灵敏度计算  41-46
  4.3 本章小结  46-47
第5章干涉型光纤磁传感器的软件解调  47-54
  5.1 软件解调原理  47-49
    5.1.1 软件解调系统结构  47-48
    5.1.2 信号处理  48-49
  5.2 软件编制与使用  49-51
  5.3 计算结果  51-53
  5.4 本章小结  53-54
第6章总结  54-56
  6.1 本论文总结  54
  6.2 工作展望  54-56
参考文献  56-58
致谢  58-59
攻读学位期间发表的学术论文  59-60
上海交通大学学位论文答辩决议书  60-62

干涉型光纤弱磁场传感器数学模型和软解调技术研究

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