光纤传感用电控角度调谐光滤波器研究

论文摘要

光纤光栅是近几年来发展最为迅速的光纤无源器件之一。由于它具有许多独特的优势，自从它问世以来，就在光纤通信、光纤传感领域里获得了广泛的应用。光纤光栅传感技术中，信号的解调是关键。目前的光纤光栅传感解调系统大多采用1993年，由A.D.Kersey等人提出可调光纤F-P滤波器解调法。传统的可调谐光纤F-P滤波器使用了压电陶瓷（PZT）作为微位移驱动器，滤波器的驱动电压和波长变化成非线性关系，PZT具有迟滞效应，且重复性差。F-P滤波片温度稳定性好，波长分辨率高，通过改变光入射角就可以改变滤波器透射波长。F-P滤波片的这个特性可以用于光纤传感系统的可调谐滤波器上，这种可调谐滤波器具有稳定性好、精度高、成本低等优点。本论文主要论述基于F-P滤波片的光纤传感用的可调谐光滤波器。本论文第一章在查阅国内外文献的基础上，对可调谐光滤波器的现状进行了综述，并提出基于F-P滤波片的可调谐光滤波器的研究；第二章对基于F-P滤波片的可调谐光滤波器进行了光学理论分析，并采用一种新光滤波器结构，消除偏振影响；第三章主要论述可调谐滤波器控制系统的总体方案设计，控制芯片的选型，介绍了电机控制策略；第四章主要论述可调谐光滤波器的驱动电路的设计及实现；第五章论述了可调谐光滤波器的各软件模块的设计思想和实现过程；第六章结合光纤传感系统解调原理对可调谐光滤波器进行了系统测试；第七章对全文进行了总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 Mach-Zehnder 干涉型光滤波器
• 1.2.2 基于光栅的可调谐滤波器
• 1.2.3 可调谐 Fabry-Perot 滤波器
• 1.3 本课题的研究内容
• 第2章 可调谐 F-P 光滤波器原理及结构
• 2.1 F-P 光滤波器的基本原理
• 2.1.1 多光束干涉原理
• 2.1.2 干涉条纹的特点
• 2.1.3 偏振分离
• 2.2 滤波器光学结构设计
• 2.2.1 滤波片膜系结构
• 2.2.2 滤波片调谐特性
• 2.2.3 新型准直器结构设计
• 2.2.4 光斑损耗补偿设计
• 2.3 光纤传感用滤波器的特点
• 2.4 本章小结
• 第3章 控制系统总体方案设计
• 3.1 DSP 控制芯片介绍
• 3.2 直流伺服电动机控制策略
• 3.2.1 电机选型
• 3.2.2 电机驱动装置
• 3.2.3 PWM 控制原理
• 3.2.4 电机换相技术
• 3.2.5 电机电流和转速检测技术
• 3.2.6 PID 控制理论及算法
• 3.3 本章小结
• 第4章 可调谐滤波器硬件设计
• 4.1 DSP 外围电路设计
• 4.1.1 电源电路
• 4.1.2 时钟电路
• 4.1.3 JTAG 接口电路
• 4.1.4 外部存储电路
• 4.2 电机驱动电路
• 4.3 信号处理电路
• 4.3.1 PWM 信号输出
• 4.3.2 正交编码脉冲电路
• 4.3.3 霍尔传感器电路
• 4.3.4 捕获单元电路
• 4.4 通信接口电路设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 可调谐滤波器软件设计
• 5.1 系统开发环境和工具简介
• 5.2 控制系统软件方案设计
• 5.3 控制系统主程序设计
• 5.4 各功能模块程序
• 5.4.1 PWM 信号产生控制部分
• 5.4.2 接收电机编码器信号部分
• 5.4.3 计算电机转动速度部分
• 5.4.4 串口通信初始化部分
• 5.4.5 ADC 初始化部分
• 5.4.6 PID 调试部分
• 5.5 中断处理程序设计
• 5.6 本章小结
• 第6章 可调谐滤波器实验测试
• 6.1 滤波片测试结果
• 6.2 可调谐滤波器测试结果
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文