智能PCF压力传感器系统的.doc

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1、目录摘要1关键词11引言12基本概念22.1光子晶体22.2光子晶体光纤22.2.1光子晶体光纤的导光原理32.2.2光子晶体光纤的主要特性32.3 PCF压力传感基本原理42.4PCF压力传感器系统组成63光信号在光子晶体光纤的传输特性73.1理论和计算方法83.2数值模拟与结果分析93.2.1　PCF模型及其纤芯传播模式93.2.2　PCF参数对其传输特性的影响94信号检测、解码及放大系统104.1信号检测104.1.1光子晶体光纤传感器检测原理104.1.2光信号调制104.2PCF压力传感器输出信号解码方案124

2、.3信号放大电路与信号处理系统145A/D转换器的实现方法155.1A/D转换器的工作原理155.1A/D转换器的实现方法175.2.1逐次逼进式,新转换技术175.2.2积分式A/D转换技术185.2.3模数转换技术205.3各种智能A/D转换器的比较21结论22致谢23参考文献24Abstract：25Keywords：25智能PCF压力传感器系统设计邱银平（三峡学院电子与信息工程学院电子信息工程专业2008级万州404000）摘要：压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其应用于各种工业自控环境。近年来，随着光

3、子晶体光纤的快速发展，智能PCF压力传感器已广泛的用于各种压力环境监控中。文章分析了智能PCF压力传感器的基本工作原理，介绍了智能PCF压力传感器的系统组成，从理论上应用平面波展开法数值模拟了光子晶体光纤的传输特性,对PCF传感器解码系统进行了分析，分析比较了各种A/D转换方案，提出了实用于PCF传感器的最佳A/D转换。关键词：智能PCF压力传感器光子晶体光纤PCF传感器解码系统A/D转换1引言光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。与半导体晶格对电子波

4、函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。所具能量处在光子带隙的光子，不能进入该晶体。光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。光子晶体光纤又被称为微结构光纤，近年来引起广泛关注，其中最有发展前途的领域是光子晶体在光纤技术中的应

5、用。它涉及的主要议题是高折射率光纤的周期性微结构（它们通常由以二氧化硅为背景材料的空气孔组成）。这种被谈论着的光纤通常称之为光子晶体光纤（PCF），这种新型光波导可方便地分为两个截然不同的群体。第一种光纤具有高折射率芯层（一般是固体硅），并被二维光子晶体包层所包围的结构。这些光纤有类似于常规光纤的性质，其工作原理是由部全反射（TIR）形成波导；相比于传统的折射率传导，光子晶体包层的有效折射率允许芯层有更高的折射率。因此，重要的是要注意到，这些我们所谓的部全反射光子晶体光纤（TIR-PCF），实际上完全不依赖于光子带隙（P

6、BG）效应。与TIR-PCFs截然不同的另一种光纤，其光子晶体包层显示的是光子带隙效应，它利用这种效应把光束控制在芯层。这些光纤（PBG-PCF）表现出可观的性能，其中最重要的是能力控制和引导光束在具有比包层折射率低的芯层传播。相比而言，部全反射光子晶体光纤（TIR-PCF）首先是被制造出来的，而真正的光子带隙传导光纤（PBG-PCF）只是在近期才得到实验证明。近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰

7、和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。2基本概念2.1光子晶体光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。由于介电常数存在空间上的周期性，引起空间折射率的周期变化.在周期性介质中，电场满足麦克斯韦波动方程：(2-1)式中，为常数，可以认为是介质的平均介电常，是扰动介电常数，c为真空中的光速。在周

8、期性势场中，电子的波函数满足薛定愕方程：(2-2)式中，为普朗克常数，为电子的能量，在周期性势场中只能取本征值.可以看出，方程(2-1)与(2-2)的形式完全相似.在周期性势场中只能取本征值，因此，在周期性介电晶体中，也只能取某些特征值，光波的频率也因此只能取某些本征频率，从而出现了频率禁带，这种禁带叫做光子禁带或者