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基于Mach-Zehnder分布式光纤传感器的定位技术研究

作 者: 杜婷婷
导 师: 万雄
学 校: 南昌航空大学
专 业: 光学工程
关键词: 马赫-泽德光纤传感器 DSP 定位 互相关算法
分类号: TP212
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 42次
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内容摘要


光纤传感器是以光纤作为传输媒介与敏感元件,光波信号作为信号载体,利用光纤中的光波参数如相位j等随外界被测物理量变化而变化,通过检测光纤中光波参数的变化达到检测外界被测物理量的目的。此传感器具有抗电磁干扰、安全可靠、耐腐蚀、灵敏度高,测量对象广泛、成本低、重量轻等优点,所以近年来一直备受关注。其中干涉型分布式光纤传感器的灵敏度最高,并把它应用于居民小区内的周界防范,对入侵行为产生的干扰进行定位及监测,可以解决传统的安全监控系统安全性低、易遭人破坏、易受电磁干扰、探测范围小等缺点。本文主要研究基于马赫-泽德分布式光纤传感系统的定位技术,针对居民小区内的非法入侵提供报警及入侵的准确位置。本文以马赫-泽德分布式光纤传感器为基础,自主研发了一套光电转换电路及预处理电路,并采用DSP2812嵌入式处理器对入侵干扰的定位进行了研究。本文首先分析了马赫-泽德干涉仪如何实现干涉的原理及如何进行传感的原理,最后介绍了利用马赫-泽德分布式光纤传感器如何对入侵信号进行定位,并且根据定位原理的推导,得出求取两信号时间差的关键是利用互相关算法得到互相关序列中最大值所对应的序号,然后深入分析了定位算法及定位算法的优化,创新性的提出能够判断是否为入侵干扰信号的算法,以满足实时监测的要求。在硬件方面,以PIN光电二极管作为光电转换装置,搭建了光电转换电路及预处理电路,采用DSP2812作为嵌入式处理器,负责干涉信号的采集及定位算法的运算。软件方面,以CCS3.3作为开发工具,编写了AD采集程序、事件发生检测算法程序及定位算法程序。最后搭建了定位系统平台,在DSP2812核心板上实现对入侵干扰的定位,并详细分析了实验数据。本文在定位算法前,进行事件发生检测算法,有利于过滤无用信号,减轻DSP负担,提高系统准确性及入侵报警准确性。同时由于对定位算法进行了优化及采用了DSP2812,大大提高了运算速度,可以满足光纤传感器系统实时监测的要求。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 引言  8-9
  1.2 光纤传感技术介绍  9-11
  1.3 分布式光纤传感系统的国内外现状  11-12
  1.4 DSP 技术介绍  12-13
  1.5 本文的研究目的及主要工作  13-15
第二章 马赫-泽德分布式光纤传感系统  15-26
  2.1 马赫-泽德分布式光纤传感器的原理及结构  15-16
  2.2 应力应变引起的相位调制  16-18
  2.3. 马赫-泽德分布式传感器的定位原理  18-23
    2.3.1 时间差的测量  19-21
    2.3.2 影响定位精度的因素  21
    2.3.3 互相关算法的研究  21-23
  2.4 事件发生检测  23-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 硬件采集平台的研究  26-39
  3.1 数据采集装置  26-31
    3.1.1 TMS320F2812 的结构、资源及性能  26-27
    3.1.2 光电探测器件  27-31
  3.2 数据采集前段预处理电路设计  31-38
    3.2.1 光电转换电路  31-35
    3.2.2 滤波电路、去直流电路、绝对值电路及 AD 保护电路  35-36
    3.2.3 印刷电路板的制作  36-38
  3.3 本章小结  38-39
第四章 DSP 定位实验的研究  39-62
  4.1 DSP 开发平台的研究  39-45
    4.1.1 中断系统  39-41
    4.1.2 ADC 采集模块  41-43
    4.1.3 外部接口 XINTF 及外扩 RAM  43-44
    4.1.4 CMD 文件  44-45
  4.2 DSP 软件设计  45-50
    4.2.1 CMD 文件的编写程序及 XINTF 寄存器初始化程序的编写  47-48
    4.2.2 AD 采集程序及采样频率的设置  48-50
  4.3 事件发生检测程序  50
  4.4 互相关算法程序  50-52
  4.5 信号处理算法的实验验证  52-61
    4.5.1 实验系统  52-55
    4.5.2 定位实验  55
    4.5.3 实验结果  55-61
    4.5.4 实验误差分析  61
  4.6 本章小结  61-62
第五章 全文总结与展望  62-64
  5.1 本文主要研究工作  62
  5.2 本文主要创新点  62-63
  5.3 本课题存在的问题及今后研究的设想  63-64
参考文献  64-67
攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况说明  67-68
致谢  68-69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器
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