MEMS光纖壓力傳感器檢測電路系統(tǒng)設計分析摘要本文針對MEMS光纖壓力傳感器的電路檢測系統(tǒng)進行設計分析。首先介紹了MEMS光纖壓力傳感器的基本工作原理和結構特點。然后，針對傳感器的信號采集電路、放大電路和濾波電路進行了詳細的分析和設計，確保了傳感器獲取的信號能夠被準確地讀取和處理。最后，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對所設計的電路系統(tǒng)進行驗證，結果表明，所設計的電路系統(tǒng)具有高靈敏度、高精度和低噪聲等優(yōu)點。本文對于MEMS光纖壓力傳感器的電路檢測系統(tǒng)的設計分析具有一定的參考意義。關鍵詞：MEMS光纖壓力傳感器；電路檢測系統(tǒng)；信號采集電路；放大電路；濾波電路。AbstractThispaperanalyzesthecircuitdetectionsystemdesignofMEMSfiberpressuresensor.Firstly,thebasicworkingprincipleandstructuralcharacteristicsofMEMSfiberpressuresensorareintroduced.Then,thesignalacquisitioncircuit,amplificationcircuitandfilteringcircuitofthesensorareanalyzedanddesignedindetailtoensurethatthesignalsobtainedbythesensorcanbeaccuratelyreadandprocessed.Finally,thedesignedcircuitsystemisverifiedaccordingtotheexperimentaldata.Theresultsshowthatthedesignedcircuitsystemhastheadvantagesofhighsensitivity,highprecisionandlownoise.ThispaperhascertainreferencevalueforthedesignanalysisofcircuitdetectionsystemofMEMSfiberpressuresensor.Keywords:MEMSfiberpressuresensor;circuitdetectionsystem;signalacquisitioncircuit;amplificationcircuit;filteringcircuit.1.前言隨著科學技術的不斷進步，傳感器在工業(yè)生產和科學研究中越來越廣泛地應用。MEMS光纖壓力傳感器是一種應變光纖傳感器，能夠測量各種材料的應力和應變。與傳統(tǒng)的電子式傳感器相比，MEMS光纖壓力傳感器具有防腐蝕、高溫、高壓、耐輻射、體積小、質量輕、易于安裝和維護等優(yōu)點。因此，MEMS光纖壓力傳感器在石油化工、航空航天、水利電力、交通運輸?shù)阮I域中得到了廣泛的應用。本文旨在設計一種可靠的電路檢測系統(tǒng)，用于檢測和處理MEMS光纖壓力傳感器所測得的信號。針對傳感器的信號采集電路、放大電路和濾波電路進行詳細的設計和分析，保證所獲取的信號能夠被準確地讀取和處理。2.MEMS光纖壓力傳感器的基本原理和結構特點MEMS光纖壓力傳感器是一種波導式傳感器，由光纖和傳感結構兩部分組成。其中，光纖作為傳播光信號的載體，傳感結構則是通過力學作用將光纖的光學特性轉化為電學信號輸出。當傳感器受到外力作用時，傳感結構會發(fā)生彎曲或擠壓變形，使光纖的光學性能發(fā)生改變，從而引起光信號的強度、相位或偏振方向發(fā)生變化。通過檢測這些變化，可以測量出外力的大小和方向。MEMS光纖壓力傳感器的結構特點如圖1所示。其中，光纖的一段固定在傳感結構上，另一段固定在光源和檢測器上。當傳感結構發(fā)生變形時，連接兩段光纖的光信號會發(fā)生變化，傳輸?shù)綑z測器上后，經(jīng)過檢測電路處理后輸出電信號。圖1MEMS光纖壓力傳感器結構示意圖3.傳感器信號的放大和濾波設計為了保證傳感器測得的信號能夠被準確地讀取和處理，需要對傳感器的信號進行放大和濾波處理。3.1信號采集電路設計傳感器的信號采集電路主要負責將傳感器輸出的微弱光信號進行放大和轉換。傳感器輸出的光信號經(jīng)過光纖傳輸?shù)浇邮斩撕?，需要?jīng)過光電轉換器將信號轉換為電信號。光電轉換器的輸出電阻很高，容易受到外界干擾，因此需要加入前置放大電路進行放大。選擇合適的光電轉換器和前置放大器，并進行電路設計和計算，最終得到的電路如圖2所示。光電轉換器采用高靈敏度的光電二極管，直接驅動前置放大器，使得信號放大后能夠更好地驅動后續(xù)的放大電路和濾波電路。圖2信號采集電路圖3.2放大電路設計為了保證傳感器測得的信號能夠被準確地讀取和處理，放大電路的設計非常重要。放大電路主要負責對傳感器采集的信號進行放大處理，并將其輸出到后續(xù)的濾波電路中。根據(jù)所測得的信號特點和系統(tǒng)要求，選擇合適的運放和電阻，并進行電路設計和計算，最終得到的電路如圖3所示。放大電路采用了反相放大的電路結構，使得信號能夠得到較大的放大倍數(shù)。同時，加入了電容器對信號進行濾波，有效降低了系統(tǒng)的噪聲。圖3放大電路圖3.3濾波電路設計濾波電路主要負責對放大電路的輸出信號進行濾波處理，以去除信號中的噪聲和干擾信號。傳感器輸出的信號通常包含高頻噪聲和低頻噪聲，因此需要設計合適的濾波電路來濾波。根據(jù)所測得的信號特點和系統(tǒng)要求，選擇合適的電容和電阻，并進行電路設計和計算，最終得到的電路如圖4所示。濾波電路采用了二階低通濾波器，能夠有效濾除高頻噪聲和低頻噪聲，保留有效的信號。圖4濾波電路圖4.實驗驗證為了驗證所設計的電路系統(tǒng)的可靠性和性能，采用了實驗驗證的方法進行測試。實驗過程中，將MEMS光纖壓力傳感器與所設計的電路系統(tǒng)連接，并通過載入不同的壓力來測試系統(tǒng)的輸出信號。實驗結果表明，所設計的電路系統(tǒng)具有高靈敏度、高精度和低噪聲等優(yōu)點，能夠準確地輸出MEMS光纖壓力傳感器所測得的信號。因此，本設計方案是有效的，可以應用于實際的工業(yè)生產和科學研究中。5.總結本文針對M