基于ARM的光纤传感解调仪开发及其在岩土工程监测中的应用

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本文主要开发了一种分布式光纤光栅传感网络解调仪。论文在对国内外研究现状进行了深入分析的基础上,归纳了当前光纤光栅传感技术的发展趋势及其在实际应用中存在的问题,并针对分布式光纤光栅传感网络的解调系统的频域反射、信号解调、复用寻址、光源设计以及温度补偿这五个方面展开研究。首先,论文从分布式光纤光栅传感网络的理论模型入手,分析了光纤布拉格光栅的传感机理,建立了光纤光栅传感模型;在分析比较了几种常见的复用技术和信号解调技术的优缺点基础上,提出应用光频域反射复用技术和波分复用技术相结合的混合复用方法来解决光纤光栅传感网络的寻址问题,采用由宽带光源和可调谐光滤波器组成的可调谐窄带光源来解调复用信号,通过理论分析和实验研究证实了系统方案的可行性。其次,重点进行了信号解调部分的设计,利用ARM智能芯片LPC2214设计了硬件解调电路,并予以实现。再次,对分布式光纤光栅传感网络的各个组成模块分别进行了原理分析和器件设计。基于光纤光栅的温度响应特性,提出了用一个参考光栅来进行光纤光栅传感阵列温度补偿的设计方案,并论述了其补偿原理,证明了该方法的可行性;同时可以看出,该方法不仅可以实现温度补偿,也可以减小光纤F-P可调谐滤波器的重复性误差以及光源功率波动、探测器噪声和电路噪声等引起的误差。最后,进行了光纤布拉格光栅的温度和应变特性测试实验,分析了光纤光栅传感网络在岩土工程安全监测中应用的必要性和可行性,针对光栅阵列的寻址解调技术在岩土工程安全检测的应用进行了实验研究,并阐述了影响系统测量精度的各种因素以及相应的解决方法。
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