基于模拟退火算法的光纤光栅传感器信号解调技术研究

论文摘要

光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）传感器是利用光纤布拉格光栅的敏感特性而制成的一种功能型光纤传感器,是目前光纤传感领域的研究热点。由于FBG传感器是一种波长调制型传感器,除了具有其他传感器的功能以外,还具有抗电磁干扰、测量范围大、耐腐蚀、稳定性好、易复用等优点,因此在各个领域被得到广泛应用。如何高精度地将波长漂移量解调出来是研究FBG传感器的关键问题。本论文详细分析了FBG的传感机理,以及几种典型解调方法和FBG传感网络的复用技术,并对其优缺点进行归纳总结。深入研究了传统模拟退火算法的基本原理及优缺点,针对其不足,进行相应的改进。提出了基于光纤可调谐F-P滤波器法,利用改进的模拟退火算法和光谱形状复用技术的解调方案,并从理论和MALAB仿真两方面进行了分析,验证了改进的模拟退火算法对FBG传感信号解调的可行性。根据实际情况和改进的模拟退火算法的具体要求,选择合适的ARM芯片（S3C2440A）为硬件平台,采用C语言完成核心算法的编程及软件设计,并用VC++编写了上位机界面,通过串口RS-232实现上位机与下位机的通信,完成解调结果在上位机上的接收和显示。利用改进的模拟退火算法在ARM9（S3C2440A）芯片上对模拟信号数据进行解调处理。实验结果表明,即使当各个传感FBG的光谱已经发生部分重叠或者完全重叠,利用光谱形状复用技术和模拟退火算法依然能够解调出其各自的中心波长。因此,有效的节省了带宽,大大增加了传感系统中可复用的光纤光栅传感器数量,同时改进的模拟退火算法比传统的模拟退火算法收敛速度快,能够快速地进行数据处理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光纤光栅传感技术的研究和应用现状
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 FBG 传感器的解调技术
• 2.1 FBG 传感原理
• 2.2 FBG 传感器信号解调方法
• 2.2.1 边缘滤波法
• 2.2.2 匹配光纤光栅滤波法
• 2.2.3 可调窄带光源解调法
• 2.2.4 可调光纤F-P 滤波器解调法
• 2.2.5 非平衡M-Z 干涉仪解调法
• 2.3 各种解调方法的比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 FBG 传感网络复用技术
• 3.1 波分复用FBG 传感网络
• 3.2 时分复用FBG 传感网络
• 3.3 空分复用FBG 传感网络
• 3.4 光谱形状复用的FBG 传感网络
• 3.5 本论文采用的解调方案
• 3.6 本章小结
• 第4章 模拟退火算法在FBG 解调中的应用
• 4.1 模拟退火算法概述
• 4.1.1 模拟退火算法的原理
• 4.1.2 模拟退火算法的具体实现
• 4.1.3 模拟退火算法的优缺点
• 4.2 模拟退火算法的改进
• 4.3 光谱形状复用中的模拟退火算法的MATLAB 仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于ARM 的嵌入式设计及实验结果
• 5.1 嵌入式系统简介
• 5.2 硬件平台的选型
• 5.3 软件平台选型
• 5.4 系统软件设计
• 5.5 上位机程序设计
• 5.5.1 串口通信程序设计
• 5.5.2 上位机界面设计
• 5.6 实验结果及分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢