光纤光栅传感系统研究及软件设计

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光纤传感器是70年代以来随着光纤通信技术的发展而发展起来的,经过三十余年的发展已经有了长足的进展,各种新型光纤传感器不断的出现。光纤光栅传感器(Fiber Bragg Grating,FBG)作为光纤传感器的一种新产品,近来得到了越来越广的应用,是目前光纤光栅在传感领域应用研究的热点之一。波长解调是光纤光栅传感技术研究和应用的关键技术之一,研究并开发高精度的解调系统对于光纤光栅传感器的推广应用具有重要意义。 本文系统地分析了光纤光栅传感原理及技术特点,提出了一种采用可调谐光纤法珀滤波器的解调方案。由于可调谐法珀滤波器输入输出特性具有非线性,且随时间、温度发生变化,因而系统中加入透射型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,即可对可调谐法珀滤波器进行标定。本系统中DSP作为信号采集装置,然后通过USB2.0高速串行口将采集数据传送给PC机,由PC机进行进一步数据处理和图形显示。 在提出波长解调系统方案的基础上,本文重点进行了主控机软件的设计与开发。首先对上位机软件的功能及相关数据处理方法进行了分析,主要包括:工作模式、传感器配置、参数设定、数字滤波、峰值计算、在线标定及拟合、数据通信等。然后,基于VC++开发平台利用MFC开发了主控机软件,软件通过USB2.0接口对DSP进行参数设定和采集数据传输;利用ACCESS数据库对监测数据进行管理,包括记录相关测量信息、波长数据与物理量的转换、历史数据保存与查询、监测报表的生成等,对监测结果进行图形或表格显示;在调试模式下,可对传感通道和标定通道进行光谱显示,以便观察传感系统的工作状况。论文最后对设计的解调系统软硬件进行了调试和实验验证,并对实验数据进行了分析。实验表明,本解调系统性能和功能均满足实际工程监测的要求。
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