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光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种新型传感技术。光纤光棚制作方法的成熟使得光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating.FBG)传感广泛应用于工程技术领域中对温度和应变的高精度测量。波长解调技术是FBG传感器在工程技术领域应用的关键技术,也是FBG传感技术实用化的重点利难点之一,因此设计实刚化的波长解凋系统具有重要的意义。
本文系统阐述了FBG的传感原理,对国内外FBG波长解调技术的现状进行了深入的分析,在此基础上提出并实现了一种基于可调谐法珀(Fabiy-Perot,F-P)滤波器的FBG波K解调系统设计方案。由于可调谐F-P滤波器输入输出特性典有非线性,且随时间、温度发生变化,因而系统中加入透射型、热稳定标准具和参考光栅对其进行实时标定。在一个扫描周期中,标准具透射等间隔的波峰,通过测量每个扫描周期标准具的输出波峰,即可对可调谐F-P滤波器进行标定。
系统使用DSP作为主控处理器,输出扫描驱动信号作用于可调谐F-P滤波器,对其输出光信号的波长进行选通,并对传感通道和标准具通道的反射波峰进行采样。对采到的原始信号进行巴特沃思数字滤波,并采用质心法查询反射波峰的布拉格波长,以提高波长检测精度。最后通过USB2.0高速串行口将处理结果传送给PC机,由PC机进行进一步处理,并显示传感光栅、标准具和可调谐F-P滤波器扫描控制信号的曲线。
文章首先从理论上分析论证了该解调系统的技术方案,设计了相应的光学回路,拟定了系统的性能指标。然后详细设计了基于TMS320F2812的A/D、D/A、LISB2.0、内存扩展等处理器接口电路以及扫描驱动电路和PIN接收模块信号调理电路,详细设计了基于DSP的硬件驱动软件、波长信号处理软件,并分别在DSP和PC机上编写了应用软件。最后对设计的解调系统软、硬件进行调试和试验验证,并对试验结果进行分析。试验表明,本解凋系统结构简单,解调效果好,数据稳定可靠,达到实际应用的精度要求。