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光线光栅传感技术在建筑土木、航空航天、军工设备等领域有着广泛的应用。本文将物联网技术与光纤光栅传感技术相结合,组建了基于物联网技术的光纤光栅传感系统,本文将从波长解调技术、物联网技术和软件开发技术三个方面展开研究。
本系统首先完善了波长解调系统。本系统选择光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)设计解调系统,采用FFP-TF滤波器作为解调系统的核心器件。依照其驱动扫描的特性,在FPGA开发平台上完成了数字信号发生器(DDS)的设计。当扫描到满足条件的反射波长时,光电探测器输出最大光强值,并将光强值等比例转换为电压幅值。AD模数转换芯片在FPGA的编译下采集数据并转化为数字信号,经过算法的处理,解调出中心波长的偏移量,从而计算出温度。
其次,完成了传感数据的无线传输。解调出温度数据后,选择WiFi模块将FPGA开发板上存储的温度数据通过IIC接口传输到WiFi模块,再通过MQTT协议将光纤光栅采集的数据传输至物联网云平台存储并展示。WiFi模块先通过AT指令完成配置,然后在官网下载固件编译烧写为物联模式(IOT),连接上物联网云平台。
最后,在AndroidStudio开发系统上设计了用来获取物联网云平台数据的客户端APP,通过HTTP协议将数据发送至APP,客户端APP与Web接收端均可获取物联网云平台的实时数据,HTTP协议还可下发数据指令,达到控制硬件物联设备与更改设备状态的功能。在APP注册并登陆账号,然后在ESP8266联网并上电的情况下,添加设备名称与设备编码,跳转至主界面,点击按钮可获取实时温度数据,同时可实现温度界面实时显示、任务管理、二维码分享数据等功能。
实验中选用温度灵敏度为9.899pm/℃温度传感光栅,FFP-TF滤波器两端加载驱动电压,在时域下分析计算得出系统温度灵敏度为0.33℃。综合系统最终测试结果,将温度传感光纤置于水浴加热箱中(室温环境下15℃),加热至45℃,设置加热时间为30min,在多个移动终端可同时远程监测到温度数据的实时变化过程。
本系统首先完善了波长解调系统。本系统选择光纤法布里-珀罗可调滤波器(FFP-TF)设计解调系统,采用FFP-TF滤波器作为解调系统的核心器件。依照其驱动扫描的特性,在FPGA开发平台上完成了数字信号发生器(DDS)的设计。当扫描到满足条件的反射波长时,光电探测器输出最大光强值,并将光强值等比例转换为电压幅值。AD模数转换芯片在FPGA的编译下采集数据并转化为数字信号,经过算法的处理,解调出中心波长的偏移量,从而计算出温度。
其次,完成了传感数据的无线传输。解调出温度数据后,选择WiFi模块将FPGA开发板上存储的温度数据通过IIC接口传输到WiFi模块,再通过MQTT协议将光纤光栅采集的数据传输至物联网云平台存储并展示。WiFi模块先通过AT指令完成配置,然后在官网下载固件编译烧写为物联模式(IOT),连接上物联网云平台。
最后,在AndroidStudio开发系统上设计了用来获取物联网云平台数据的客户端APP,通过HTTP协议将数据发送至APP,客户端APP与Web接收端均可获取物联网云平台的实时数据,HTTP协议还可下发数据指令,达到控制硬件物联设备与更改设备状态的功能。在APP注册并登陆账号,然后在ESP8266联网并上电的情况下,添加设备名称与设备编码,跳转至主界面,点击按钮可获取实时温度数据,同时可实现温度界面实时显示、任务管理、二维码分享数据等功能。
实验中选用温度灵敏度为9.899pm/℃温度传感光栅,FFP-TF滤波器两端加载驱动电压,在时域下分析计算得出系统温度灵敏度为0.33℃。综合系统最终测试结果,将温度传感光纤置于水浴加热箱中(室温环境下15℃),加热至45℃,设置加热时间为30min,在多个移动终端可同时远程监测到温度数据的实时变化过程。