光纤干涉测试仪的完善及系统软件的研究

论文摘要

本文设计和制作了一种基于迈克尔逊干涉原理的光纤干涉应变测试仪。该测试仪通过光纤迈克尔逊干涉传感器解调被测对象的应变信号,再经光电转换、信号调理、判向计数等电路实现对应变的测量。仪器以单片机为核心控制部件,实现对应变信号的采集、存储、显示和通讯;应用CPLD技术,实现对应变信号的判向和计数。该仪结构简单、精度高,能很好的满足实验要求。本文首先介绍了光纤迈克尔逊干涉的基本原理,并从理论上分析了应力应变效应的传感机理和构成迈克尔逊干涉系统的必要条件,然后重点阐述了基于3×3耦合器的干涉型光纤传感器的工作原理及其构建组成。其次从硬件和软件开发两个方面,详细阐述了测试仪的设计过程。介绍了硬件电路的组成,设计出了信号调理电路、判向计数电路和单片机控制电路。结合硬件电路,设计出了测试仪的系统软件,实现了数据的采集、存储、显示、通讯等功能。最后以等强度梁为对象进行了应变测量实验,并对实验数据做了初步的分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图表目录
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤传感器及其研究现状
• 1.2 几种常见类型光纤传感器介绍
• 1.3 本文的研究目的内容及意义
• 1.3.1 本文的研究目的
• 1.3.2 本文的研究内容
• 1.3.3 本文的意义
• 1.4 本章小结
• 第二章 光纤干涉测试仪的基本原理
• 2.1 应力应变效应的传感机理
• 2.2 光纤迈克尔逊干涉传感系统的基本原理
• 2.2.1 典型的光纤迈克尔逊干涉传感系统原理
• 2.2.2 基于3×3 耦合器的光纤迈克尔逊干涉传感系统原理
• 2.2.2.1 3×3 耦合器的输入输出特性分析
• 2.2.2.2 测试系统解调原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 光纤干涉测试仪的构建组成及光路设计
• 3.1 光纤干涉测试仪的构建组成
• 3.2 光路设计
• 3.2.1 激光器
• 3.2.2 光隔离器
• 3.2.3 光电探测器
• 3.2.4 光纤端面反射镜
• 3.3 本章小结
• 第四章 光纤干涉测试仪的硬件电路设计
• 4.1 硬件电路的整体方案
• 4.2 稳压电源及激光器探测器驱动电路的设计
• 4.2.1 稳压电源的设计
• 4.2.2 激光器驱动电路的设计
• 4.2.3 光电探测器驱动电路的设计
• 4.3 信号调理电路的设计
• 4.3.1 前置放大电路的设计
• 4.3.2 滤波电路的设计
• 4.3.3 整形电路的设计
• 4.4 判向计数电路设计
• 4.4.1 可编程逻辑器件
• 4.4.2 判向计数电路的CPLD 实现
• 4.5 单片机控制电路设计
• 4.5.1 单片机控制电路的总体方案
• 4.5.2 主控电路模块设计
• 4.5.3 数据采集电路模块设计
• 4.5.3.1 译码电路设计
• 4.5.3.2 锁存电路设计
• 4.5.4 数据存储器的扩展
• 4.5.5 液晶显示（LCD）模块接口设计
• 4.5.6 独立式按键设计
• 4.5.7 数据通讯接口模块设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 光纤干涉测试仪的系统软件设计
• 5.1 系统软件设计的整体方案
• 5.2 系统初始化程序的设计
• 5.3 数据采集程序的设计
• 5.4 按键处理程序的设计
• 5.5 数据存储程序的设计
• 2C 总线规范'>5.5.1 串行I²C 总线规范
• 5.5.2 读写数据程序设计
• 5.6 图形点阵显示程序的设计
• 5.6.1 液晶读写程序的编制
• 5.6.2 字库的编制及调用
• 5.6.3 应变值在液晶上的显示
• 5.7 串口通讯程序的设计
• 5.8 本章小结
• 第六章 应变测量实验
• 6.1 实验准备
• 6.2 应变测量
• 6.2.1 实验对象
• 6.2.2 实验结果
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 全文的总结
• 7.2 存在的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表的论文
• 附录
• 附图1 测试仪硬件电路
• 附图2 硬件电路原理图