基于径向基函数网络的FBG传感器解调信号的分析与处理

论文摘要

光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,简称:FBG）传感器已成为目前国内外光纤传感领域研究的热点,它属于波长调制型传感器。与强度和相位调制型等其他类型光纤传感器相比,具有抗电磁干扰、易复用等优点,因此得到了广泛的应用。目前限制FBG传感器走向实用化的关键问题是如何将波长位移实时地、高精度地解调出来。本论文首先系统的介绍了FBG传感器技术的特点及各种解调方法的优缺点,详细分析了以可调谐光纤F-P滤波器为基础器件的解调方案原理。其次,由于光纤光栅的封装工艺、解调系统中其它光学器件性能的非理想因素的影响以及光电转换后相关后续处理的作用,使波形产生畸变、发生失真。这给FBG传感器解调系统带来了困难,如果再使用传统的的峰值检测法和高斯拟合法会产生较大的误差。针对上述问题,本文提出了利用径向基函数网络进行光谱重构的方法。在理论分析的基础上进行MATLAB仿真,结果表明:与传统的峰值检测法和高斯拟合算法相比,用该方法进行光谱重构能够减小解调误差,从而提高解调的精度。最后,根据实验室条件和算法的具体要求,对解调系统进行软硬件设计及其功能实现。硬件部分,完成DSP及其外围电路的设计,解调系统电信号处理部分的DSP芯片选用TI公司的TMS320VC5416PGE;软件部分,利用C和汇编混合编程,完成核心算法和与硬件相关的软件设计。采用C++ Builder编写上位机程序,完成通过串口通讯来控制DSP的动作,实现数据的可视化输出、数据的存储和查询等功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 FBG 传感器技术特点及应用现状
• 1.2.1 FBG 传感器技术的特点
• 1.2.2 FBG 传感器技术的发展及应用现状
• 1.3 FBG 传感器技术的研究方向及技术难点
• 1.4 课题的意义及主要研究内容
• 1.4.1 课题的意义
• 1.4.2 课题的主要研究内容
• 第2章 FBG 传感器信号的解调原理
• 2.1 FBG 传感的基本原理及主要特征指标
• 2.1.1 FBG 传感的基本原理
• 2.1.2 FBG 传感器的主要特征指标
• 2.2 FBG 传感器常用的解调技术
• 2.2.1 光谱仪检测法
• 2.2.2 匹配光栅法
• 2.2.3 非平衡M-Z 干涉解调法
• 2.2.4 边缘滤波法
• 2.3 可调谐光纤F-P 滤波器法
• 2.3.1 可调谐光纤F-P 滤波器
• 2.3.2 可调谐光纤F-P 滤波器解调FBG 传感器原理分析
• 2.3.3 可调谐光纤F-P 滤波器法解调方案设计
• 2.4 FBG 传感中信号处理技术的应用
• 2.4.1 峰值检测法原理
• 2.4.2 高斯曲线拟合原理
• 2.4.3 径向基函数网络拟合的原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 FBG 传感器信号解调系统的硬件设计
• 3.1 数字信号处理器系统设计
• 3.1.1 TMS320VC5416 概述
• 3.1.2 电源管理电路设计
• 3.1.3 时钟电路设计
• 3.1.4 手动复位及看门狗电路设计
• 3.1.5 存储器接口电路设计
• 3.1.6 异步串行通信接口电路设计
• 3.1.7 模数（AD）转换电路设计
• 3.2 本章小结
• 第4章 FBG 传感器信号解调系统的软件设计
• 4.1 解调系统软件设计的总体方案
• 4.1.1 CCS 软件简介
• 4.1.2 DSP 自举引导程序设计
• 4.1.3 解调算法设计
• 4.1.4 串口子程序设计
• 4.2 上位机程序设计
• 4.2.1 C++ Builder 简介
• 4.2.2 串口通讯设计
• 4.3 实验与结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢