基于DSP的光纤传感测量方法研究

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本文提出了一种新型的光纤布拉格光栅传感器。以光纤布拉格光栅作为敏感元件,当光纤光栅受到的压力和温度变化时,中心波长会发生偏移,中心波长偏移量的大小与所施加的压力和温度变化相关。其信息便隐藏在其反射波长的变化量中,因此具有波长编码的特点。我们的目的是解调出FBG中心波长的偏移量,由此得出所施加应力的大小以及温度的变化。本论文的创新之处是在搭建激光器时加入FFP滤波器。为使解调器具有较高的精度和温度,我们采用DSP作为信号处理工具。FFP为压电陶瓷结构,上面加载电压后,将使FFP的中心波长发生偏移。DSP控制DA输出模拟信号调制FFP滤波器。必须确保FFP的中心波长偏移范围可以覆盖FBG的带宽。当FFP中心波长偏移位置正好与FBG中心波长相重合时,发生倍频效应。此时FFP的中心波长就是FBG的中心波长,通过FFP的特性曲线,便可求出压力及温度变化与FBG中心波长之间的关系。据此设计了基于TMS320F2812的光纤布拉格光栅传感系统。它具有优异的抗干扰特性,灵敏度高,防腐蚀性好等优点,是其他传感器不可替代的。光纤光栅传感器已经成为传感器研究领域的一个重点研究方向。本文首先介绍了光纤布拉格光栅传感原理及通用解调方案。包括光纤布拉格光栅传感原理,匹配光栅法,非平衡Mach-Zehnder干涉法,可调谐FP滤波解调发等光纤布拉格光栅传感解调理论。光纤光栅传感系统的设计与研究部分分为总体设计方案,系统原理及分析。提出本实验中所使用的光学器件及特性。随后分析了本系统的硬件设计部分和软件设计部分,硬件设计部分包括DSP系统结构以及实验中各模块原理,主要为本实验所选用DSP的特性,DSP总体设计方案。软件设计部分包括相关算法,FIR滤波器,AD,DA子程序,幅度,相位的计算。最后介绍了关于本系统所做的一个实验研究,具体到实验装置及实验分析,得出不同应力与FBG的中心波长之间的关系,通过基于DSP的光纤传感器解调得的偏移波长,再由本实验所得出的关系便可求得此时所对应的应力。结尾对本论文进行了总结,展望了后续工作。
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