基于ARM的光纤光栅传感信号解调系统的设计

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近年来,光纤布拉格光栅(FBG)传感器作为一种新型传感技术成为光纤传感领域的研究热点,它以其诸多优点被广泛应用于大型土木工程、航空航天业、电力工业等领域,在科学研究和工程应用中发挥的重要作用日益显现。如何高精度地检测FBG中心波长的微小偏移已成为光纤光栅传感技术的关键性问题。传统的检测方法借助于光学仪器,但体积庞大、价格昂贵、缺乏必要的紧凑性,不适合在实际工程中应用;其他种类的解调方案虽然解决了部分问题,但仍存在运行速度慢、接口类型单一、功能性不强等问题,无法满足系统速度和精度的要求。因此,研究开发出一套高精度、高分辨率,能够准确进行多点同时测量的低成本、高性能的FBG信号传感解调系统成为需要。本课题结合嵌入式技术,设计出一种基于ARM的光纤光栅传感信号解调系统,具有实际意义和学术价值。本文在进行大量调研分析的基础上,介绍了FBG耦合模理论、FBG的传感原理及相关技术指标,并对几种常见的解调方法进行了比较,着重介绍了基于可调谐Fabry-Perot滤波器的FBG传感系统;在嵌入式系统方面,简单介绍了嵌入式系统的组成,如嵌入式处理器、外围设备及操作系统,对应用开发的设计流程及μC/OS-Ⅱ操作系统移植条件和主要任务做了相应描述。在基于嵌入式的FBG传感信号解调系统硬件设计方面,搭建了以内核为ARM920T的S3C2440A微处理器为核心部件,以电源和复位电路、存储电路、串行电路、USB模块、JTAG接口为外围电路的最小系统;在软件设计方面,利用LabVIEW与MATLAB技术仿真产生了含噪声的FBG传感解调信号,并提出一种基于采集、滤波、寻峰、拟合、定位的FBG传感解调信号处理流程。在ADS1.2集成开发环境下通过C语言编程实现了流程中的每个步骤,针对流程中的滤波与拟合部分进行了详细研究及分析;在μC/OS-Ⅱ操作系统成功移植到S3C2440A微处理的基础上,完成各部分信号处理任务的编写,并结合系统硬件完成调试。实验表明本系统能够正常采集FBG信号,能够完成系统中预定的数据处理任务,同时验证了本文提出的基于ARM的光纤光栅传感信号解调系统的设计是可行的,理论是正确的,方法是有效的。
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