基于NI数据采集模块光纤光栅传感解调系统研究

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经过几十年的发展,光纤光栅传感技术已经从实验室走向实际应用,正在获取应有的市场地位,在物联网产业的带动下,光纤布拉格光栅传感技术逐步形成五大应用领域:智能结构、工业、生物医学、自然生态和人居环境。随着光纤布拉格光栅传感器、系统光源和系统光路设计的不断更新,对其传感解调技术也提出了更高的要求。在FBG传感解调系统中传感信号的采集是一个关键环节,数据采集模块的精度和速度会直接影响FBG传感解调系统的测量精度。在大数据时代即将到来的今天,数据的采集和处理已成为各个领域的重要生产因素。数据时代在对人类采集和处理数据的能力提出挑战的同时,也为人们获得更加先进的洞察能力提供了的空间与潜力。美国国家仪器公司(National Instructions,NI)生产制造的数据采集模块具有高精度、高速率和大动态范围等特点,而且能使用C/C++等多种编程语言对其进行再次开发。自成立三十多年以来,美国国家仪器在数据采集领域一直处于领航地位,不断致力于数据采集平台的开发和长远的发展目标是NI数据采集产品长期兼容性和完善技术支持的根本保证。目前,很多国内外单位和企业在研究光纤光栅传感解调系统的过程中,设计和研究数据采集模块时,一般都自行研发,这样会大大延长系统开发的时间,不利于新产品的发布。本文对光纤布拉格光栅传感原理及其传感解调技术展开了深入研究,在NI数据采集模块进行软件开发的基础之上,首先对波长解调技术进行了相关研究,成功制作了基于NI数据采集模块的FBG波长解调系统并进行了测试标定实验;然后针对光纤光栅高频振动传感技术搭建了基于NI数据采集模块的FBG高频振动传感解调系统,并进行了相关测试实验。全文的内容主要包括:介绍了FBG传感技术及其国内外研究现状,从原理上阐述了FBG传感原理和FBG传感解调技术,并对几种常见的解调技术进行了性能对比。接着详细叙述了NI数据采集模块的硬件电路分析和软件开发过程,在此基础之上,提出了两种基于NI数据采集模块的FBG解调系统:第一种解调系统是基于NI数据采集模块的FBG波长解调系统,在这部分内容中详细论述了系统方案的硬件电路研制和软件研发,并对解调系统进行了标定和温度传感实验;第二种解调系统是基于NI数据采集模块的FBG高频振动传感解调系统,在这部分内容中主要叙述了系统方案的设计及其相关的测试实验。
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