基于扫描激光器的光纤压力、温度传感解调系统的研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:john_cai
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目前大多数光纤传感系统都需要依赖于光谱仪、宽带光源等大型仪器设备,难以广泛应用于实际工业生产当中。为此,本文提出并设计了一种基于扫描激光器的光纤压力、温度测量系统。系统将光源扫描、数据采集、光栅解调、数据传输等功能集于一身,进行嵌入式开发,为压力、温度等参数的快速、实现测量提供一种小型化、低成本的解决方案。最后,针对系统的波长解调精度、压力和温度的分辨力进行了相关实验测试,并结合实验结果给出了系统的性能指标。本文的研究内容主要涉及到以下几个方面:1.简要介绍了目前国内外进行双参数或多参数测量的光纤光栅传感技术以及光纤光栅解调技术的发展概况,并对其中典型的多参数测量方案和光栅解调方案进行了分析。2.介绍了光纤光栅和边孔光纤光栅的物理结构、传感机理及温度压力特性,理论分析了利用边孔光纤光栅双反射峰的中心波长和双峰间距实现对压力、温度双参数同时测量的可行性,为后续的研究提供了理论支撑。3.介绍了系统总体设计方案,详细分析了系统硬件部分的设计制作,主要包括系统光路和硬件电路两个部分,其中光路主要由环形器、边孔光纤光栅、单模光纤组成;硬件电路部分主要由嵌入式系统、可调谐激光器、光电转换、模数转换和采集、串口、USB、以太网等模块组成。4.介绍了系统软件部分的设计和调试工作,主要包括系统整体软件的流程设计、uC/OS-III实时嵌入式系统的移植、用户任务、用于波长拟合的牛顿最小二乘法拟合算法以及相关上位机软件等几个方面。5.针对系统的拟合精度和压力、温度测量性能进行了相关实验测试,主要包括可调谐激光器性能测试、光电转换及AD采集模块的噪声分析、波长拟合精度、压力测量和温度测量等方面。实验结果表明,在温度为10~50℃、压力为0~1.2MPa时,系统的波长解调精度可达1pm,压力及温度的分辨率分别达到了0.1 MPa和0.1℃。
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