光纤微弯压力传感器的检测系统设计

论文摘要

光纤传感技术发展至今,凭借其独有的性能,被人们重视并得到广泛的应用。伴随着制造业的迅猛发展和光学理论的不断跟新,出现许多种不同调制类型的光纤传感技术,其中光强调制型光纤传感技术出现最早,理论成熟。该类光纤传感器具有对元器件要求较低、设计灵活和灵敏度高等特点。能满足一般生活、工业的测量要求。本文主要工作为基于光纤微弯损耗的压力传感器检测系统设计。首先,本文分析光纤微弯传感原理,并根据光纤参数和光纤弯曲损耗原理确定了微弯齿的齿距。考虑到实验时物体的放置位置会影响压力的测量结果,搭建了一种能排除物体放置位置因素影响的实验平台。其次,在此基础上设计了能稳定检测和显示外界压力的大小的检测系统。检测系统主要由硬件电路和软件部分组成,硬件电路包含稳定的光源发射、微弱光强的接收、信号放大滤波、数据处理显示和数据的传输部分。数据处理和传输电路使用STC89C52RC单片机及其外围电路。测量结果使用液晶显示屏和上位机显示。最后,为了完成电压值和压力值的关系标定工作,设计了上位机界面并编写了相关程序。上位机功能除了标定和显示外,还具有将标定数据结果发送至单片机功能,以便单片机根据电压值大小查询显示压力值,实现可脱离上位机进行检测目的。本文通过实验测试了该系统的传感检测性能,得出该传感检测系统性能在合理的范围内,传感检测系统的设计达到预期的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 压力传感器研究现状
• 1.2 光纤传感器发展及其应用
• 1.3 光纤压力传感基本原理及分类
• 1.3.1 按测量位置不同分类
• 1.3.2 按调制方式不同分类
• 1.4 微弯光纤传感器发展与应用
• 1.5 课题研究的目的和意义
• 1.6 论文主要内容
• 第2章 光纤微弯传感检测原理与实验平台建立
• 2.1 光纤微弯传感检测原理
• 2.2 光纤微弯传感实验平台建立
• 2.2.1 光纤微弯传感检测关键技术问题
• 2.2.2 光纤微弯损耗原理
• 2.2.3 微弯齿参数设计
• 2.2.4 支撑支架结构
• 2.3 本章总结
• 第3章 系统的硬件电路设计
• 3.1 硬件电路的组成
• 3.2 光源的驱动
• 3.2.1 光源的选择
• 3.2.2 驱动方式
• 3.2.3 光源与光纤的耦合
• 3.3 感光元件及放大调理电路
• 3.4 数模转换电路
• 3.5 微处理器的选择
• 3.6 AD7705与AT89C52连线
• 3.7 LCD显示电路
• 3.8 负电源的产生和上位机接口通讯
• 3.9 本章总结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 系统软件组成
• 4.2 单片机下位机程序
• 4.2.1 AD转换程序
• 4.2.2 电压值转变为重量值程序
• 4.2.3 液晶屏显示程序
• 4.2.4 串口通讯与数据存储程序
• 4.3 三次样条插值
• 4.4 上位机程序编写
• 4.4.1 串口通讯编程方法
• 4.4.2 VC与MATLAB混合编程
• 4.4.3 VC调用COM组件进行标定
• 4.4.4 输入编辑框中数据类型转换
• 4.5 本章总结
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 检测系统稳定性观察
• 5.2 重量的测量
• 5.3 本章总结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 课题的总结
• 6.2 课题的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果