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嵌入式光纤布拉格光栅解调系统的研究与实现

作　者: 韦波
导　师: 张燕君
学　校: 燕山大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 布拉格光纤光栅波长解调嵌入式 FFP-TF 控制器
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 58次
引　用: 1次
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内容摘要

光纤布拉格光栅具有抗电磁干扰能力强,稳定性好,测量现场不带电,测量范围广,易于组成传感网络等特点,现已被广泛应用于建筑、桥梁、医疗和电力等各个领域。但是,光纤布拉格光栅的波长解调技术仍然是其进一步发展的主要障碍,是光纤光栅传感领域的最大的难点之一。通过深入调研光纤光栅的国内外研究现状,把握当前光纤光栅的发展趋势,明确了研究的方向。首先,采用耦合模理论系统分析了布拉格光栅温度及应变的敏感特性。其次,比较了几种布拉格光栅的波长解调方法,选择可调谐法布里一珀罗腔滤波法作为系统波长解调的方案,并设计了光路。在信号处理系统中,设计的FFP-TF控制电路,可对FFP-TF无失真的精准控制;设计的高精度光电检测电路,可实现nW级的光功率检测;设计的波长解调算法,可实现系统的同步。最后,采用嵌入式系统作为布拉格光栅波长解调的系统平台。通过比较最终选择STM32平台。使用VC++编写了上位机监控软件,用于显示监控界面。另外,为了适应便携式的需要,还设计了基于LCD触摸显示屏的手持式波长解调系统。实验表明,系统的测温精度为1℃,响应时间1 s以内,运行稳定、可靠、可扩展性强,可以满足实际工程测量的需要。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 引言  9-10
  1.2 光纤光栅的发展动态及研究意义  10-12
    1.2.1 国内外的发展概况  10-11
    1.2.2 光纤光栅传感技术的研究意义  11-12
  1.3 课题的来源和主要研究内容  12-13
第2章光纤光栅传感机理及常见解调方法  13-23
  2.1 光纤光栅传感理论基础  13-15
  2.2 光纤光栅的传感机理  15-18
    2.2.1 光纤光栅的传感机理  15-16
    2.2.2 温度-中心波长的传感模型  16
    2.2.3 应力-中心波长的传感模型  16-18
  2.3 分布式光纤光栅的常用解调方法  18-22
    2.3.1 光谱仪解调法  18-19
    2.3.2 边缘滤波法  19
    2.3.3 非平衡M-Z 干涉仪解调法  19-20
    2.3.4 可调谐激光器解调法  20-21
    2.3.5 光纤F-P 可调滤波器解调法  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章光纤布拉格光栅解调系统的设计  23-40
  3.1 系统方案设计  23-24
  3.2 光栅解调系统光路设计  24-29
    3.2.1 可调谐法布里-珀罗腔滤波器的相关参数  24-27
    3.2.2 光源相关参数  27-28
    3.2.3 光电探测器相关参数  28-29
  3.3 光纤解调系统电路部分设计  29-39
    3.3.1 系统电源的设计  29-32
    3.3.2 光电信号转换电路设计  32-34
    3.3.3 可调谐法布里-珀罗腔控制器的设计  34-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章嵌入式光纤光栅解调系统的具体实现  40-60
  4.1 嵌入式系统简介  40-41
  4.2 光纤光栅解调系统算法设计  41-43
  4.3 基于多种嵌入式平台的解调系统实现  43-52
    4.3.1 基于S3C2440处理器平台的实现  43-47
    4.3.2 基于ADuC7024 处理器平台的实现  47-49
    4.3.3 基于STM32 处理器平台的实现  49-52
  4.4 串口通信协议与接口  52-54
  4.5 基于VC++上位机软件设计  54-57
  4.6 手持便携式光纤光栅解调系统  57-59
  4.7 本章小结  59-60
第5章光纤光栅解调系统性能分析  60-71
  5.1 实验样机  60-62
  5.2 FFP-TF2 动态漂移特性的实验分析  62-65
  5.3 光纤光栅解调系统精度和稳定性测试  65-70
  5.4 本章小结  70-71
结论  71-73
参考文献  73-78
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  78-79
致谢  79-80
作者简介  80

嵌入式光纤布拉格光栅解调系统的研究与实现

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