论文部分内容阅读
光纤布喇格光栅(FBG:Fiber Bragg Grating)传感器传感器自发明以来,已走过了原理性研究和实验论证阶段,广泛应用于结构健康检测、智能材料、电力工业、医药和化工等众多领域。如何检测光栅布喇格波长微小偏移是FBG传感器实用化所面临的关键问题。对于微小波长变化,虽然高分辨率光纤光谱分析仪可以分辨,但这类高档实验室设备价格昂贵,体积庞大,检测速度慢,操作复杂,不适宜现场或工程应用,且不能直接获得各种应用需要的参量或输出形式。光纤光栅传感解调技术已成为限制光纤光栅传感器应用的最主要障碍,也是光纤光栅传感技术中重要研究方向和亟待解决的关键问题之一。 论文在武汉理工大学光纤传感技术中心前期工作和技术支持基础上,以桥梁健康状况监测为应用背景,研究了具有分布式、多通道、多点、高速特点的,基于嵌入式技术的光纤布拉格光栅解调系统的关键技术。主要包括以下几个方面: 1.研究了光纤布喇格光栅的传感原理,分析了光纤光栅的温度、应变及压力传感特性以及交叉敏感问题;分析了几种分布式FBG传感解调系统,并详细研究了可调谐法布里-珀罗滤波扫拙法;介绍了国外几种有代表性的光纤光栅传感解调器产品。 2.根据桥梁健康状况监测系统的分布式检测要求提出了“嵌入式系统+PC机”的分布式设计方案,嵌入式系统采用“ARM7+SoC单片机”的双处理核心结构,实现高速信号采集和预处理。 3.采用uC/OS+LwIP的嵌入式系统平台,并在本实验室自行设计的开发板上进行了系统移植,设计了网卡、SIO、UART等驱动程序。 4.设计了嵌入式系统中关键功能模块、解调算法,以及系统各模块间的通信协议,实现了基于嵌入式技术的分布式FBG传感器解调系统。 5.设计开发了上位PC机端监控服务软件,具有远程监控、数据存储、实时监测等功能。 6.进行了系统测试,结果表明系统能在250Hz扫描频率下同时测量多达180个FBG传感器,测量分辨率达到1pm,基本达到预期设计目标。