基于DSP的荧光处理系统的研究

论文摘要

近些年,随着电厂自动化、信息化建设步伐的加快,一系列开关柜触头温度的在线监测应运而生,并在生产中发挥着越来越重要的作用。高压开关柜内结构封闭、电磁环境复杂、高低压设备隔离等一系列因素要求测温系统要抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀。荧光光纤温度传感器以其抗电磁干扰、体积小、耐高压、耐腐蚀等优点在高电压开关柜触头测温有很好发展。本系统研究了一种基于DSP芯片TMS320C5402的测温系统,实现用荧光寿命法测温。完成荧光材料的选择,完成电路的优化设计,选用美信公司的高速A／D,以数字信号处理器DSP为平台构建荧光测温系统。利用MATLAB仿真分析了几种常用的应用于荧光余辉曲线的数据处理方法：最小二乘法、积分面积比值法和FFT。对比几种方法,选择了FFT算法进行数据处理,有效提高系统的速度。基于快速傅里叶变换的拟合方法,是从第一个非零项的相位角的正切值得出被测的荧光寿命,且与本底噪声无关,从而大大提高了荧光测温系统的稳定性、实时性和快速性。论述了荧光测量法的基本原理及特点,以及整个荧光光纤测温系统的总体方案。首先由单片机控制电路发出一个控制信号使发光二极管发出一个光脉冲,经传导光纤传送至分光片,再由分光片送到光纤荧光温度传感探头。光纤荧光温度传感探头顶端的荧光粉,受到此激励光脉冲激发后,发出幅度随时间衰减的荧光。这个幅度随时间衰减的荧光与触发光脉冲信号混合在一起,经由传导光纤传回,经过分光片分离出幅度随时间衰减的荧光,送到光电转换部分。经转换得出的微弱电流,经过多级放大及A／D转换电路处理后,送到DSP进行进一步的数据处理。通过对采集的大量数据进行数学分析处理得出荧光余辉寿命τ,进一步运算便可得出相应温度值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景意义
• 1.2 国内外关于电力设备温度检测技术的研究概况
• 1.3 国内外关于荧光光纤温度传感器的研究概况
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第二章 光纤荧光测温机理
• 2.1 荧光物质的发光原理
• 2.1.1 发光现象的原理
• 2.1.2 荧光发光的机理
• 2.1.3 光致发光现象
• 2.2 光纤荧光温度传感器的介绍
• 2.2.1 光纤荧光温度传感器的分类
• 2.2.2 荧光寿命测温原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 荧光传感系统的设计
• 3.1 系统的整体方案
• 3.2 探头荧光材料的选择
• 3.3 激励光源驱动电路
• 3.4 光纤传输损耗和色散特性
• 3.5 系统光路设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 信号处理系统的设计
• 4.1 光电转换电路
• 4.1.1 光电探测器的介绍
• 4.1.2 光电探测器的选择及要求
• 4.2 微弱信号放大电路
• 4.2.1 荧光余辉信号的放大
• 4.2.2 信号放大的频带问题
• 4.2.3 运算放大器的选择
• 4.2.4 放大电路自激振荡的消除
• 4.3 A/D转换电路
• 4.4 DSP数字信号处理
• 4.4.1 TMS320VC5402介绍
• 4.4.2 TMS320VC5402的片上外设
• 4.5 显示电路
• 4.6 本章小结
• 第五章 荧光数据处理的实现
• 5.1 数据处理方法的简介
• 5.1.1 时域法
• 5.1.2 频域法
• 5.1.3 数据拟合法
• 5.2 荧光余辉的数据处理方法分析
• 5.2.1 最小二乘拟合法
• 5.2.2 积分面积比值法
• 5.2.3 FFT算法的理论分析和仿真
• 5.2.4 几种算法的分析比较
• 5.3 软件设计
• 5.3.1 CCS介绍
• 5.3.2 软件流程
• 5.4 本章小结
• 第六章 整机实验
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢