光栅匹配法光纤光栅传感解调器驱动与测量系统的研究

论文摘要

光纤布喇格光栅(FBG)传感器以其优异的抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、小巧等特点,被广泛应用于大型复合材料和混凝土建筑物的结构监测和智能材料的性能监测方面以及电力、医药和化工等领域,是目前光纤传感领域的一个研究热点,而FBG传感信号解调技术又是FBG传感技术研究的重点和难点。本文回顾了FBG传感解调方法近十几年来的进展,分析了该技术领域存在的问题。系统地介绍了光纤光栅传感器的各种解调方法并对各自的优缺点进行了详细的分析。基于实用性和可行性等方面的综合考虑,采用匹配光栅滤波器法作为系统光路部分的解调方法。电路部分以单片机作为系统的核心处理器,由单片机控制D/A转换器输出锯齿波电压信号,然后把电压信号接在HPV系列压电陶瓷驱动电源的模拟输入端,通过驱动电源来驱动粘贴于匹配光栅上的压电陶瓷(PZT)元件,给压电陶瓷施加一定的电压后,使匹配光栅的峰值反射波长发生移位,从而形成对传感光栅的扫描。当匹配光栅和传感光栅的峰值反射波长相匹配时,光电探测器的输出信号达到最大值。通过A/D转换器对光电探测器转换后的信号进行数据采集,由单片机对数据进行滤波处理,然后计算出在一个扫描周期内光强最大时刻所对应的位置,从而求出传感光栅的中心波长。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 光纤光栅的分类以及在传感方面的应用
• 1.2.1 光纤光栅的分类
• 1.2.2 光纤光栅在传感方面的应用
• 1.3 光纤光栅传感技术在国内外的发展状况
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2 章光纤光栅传感的基本理论
• 2.1 光纤布喇格光栅传感的基本原理
• 2.2 光纤布喇格光栅的温度、应变和压力特性
• 2.2.1 光纤布喇格光栅的温度特性
• 2.2.2 光纤布喇格光栅的应变特性
• 2.2.3 光纤布喇格光栅的压力特性
• 2.3 本章小结
• 第3 章光纤光栅的解调方法
• 3.1 光纤光栅传感常用的解调技术
• 3.1.1 光谱仪检测法
• 3.1.2 可调谐法布里—珀罗（Fabry-Perot，F-P） 滤波器法
• 3.1.3 非平衡Math-Zehnder 干涉仪跟踪法
• 3.1.4 可调谐窄带光源扫描法
• 3.2 本论文采用的解调方法
• 3.2.1 匹配光栅法的解调原理
• 3.2.2 系统采用的解调方法
• 3.3 本章小结
• 第4 章光栅匹配法光纤光栅解调器驱动与测量系统的硬件设计..
• 4.1 系统整体方案设计
• 4.2 单片机硬件电路设计
• 4.2.1 单片机电源电路
• 4.2.2 单片机的复位和时钟电路
• 4.3 PZT 驱动电路设计
• 4.3.1 数模转换（D/A） 电路设计
• 4.3.2 驱动电源的选择
• 4.4 数据采集电路设计
• 4.5 液晶显示电路设计
• 4.6 异步串口通信电路设计
• 4.7 本章小结
• 第5 章光栅匹配法光纤光栅解调器驱动与测量系统的软件设计..
• 5.1 系统主程序设计
• 5.1.1 输出锯齿波子程序
• 5.1.2 数据采集子程序
• 5.1.3 数据处理子程序
• 5.1.4 液晶显示子程序
• 5.1.5 串口子程序
• 5.2 本章小结
• 第6 章系统调试与结果分析
• 6.1 模拟信号源
• 6.2 输出锯齿波调试
• 6.3 数据采集与分析
• 6.4 实验结果分析
• 6.5 液晶调试
• 6.6 串口调试
• 6.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 电路实物图
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢