赵哲[1]2008年在《光纤布拉格光栅液位传感器的实验研究》文中指出光纤布拉格光栅传感器因具有抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、小巧等特点,被广泛应用到各个领域,并成为光纤传感领域的一个研究热点。本论文从液位测量技术的发展出发,先后总结了现有的主要液位测量方法,并归纳了国内外液位传感器的发展情况。在光纤光栅传感部分,重点介绍了光纤布拉格光栅的传感模型,并对应变传感、温度传感、应变和温度交叉敏感等问题进行了详尽的分析。在光纤布拉格光栅液位传感部分的设计中,对其整体方案进行了规划,并从压力弹簧管的应变原理出发,通过大量的理论推导,获得基于压力弹簧管的光纤光栅液位传感原理,得到由液位产生的压力与光纤布拉格光栅波长偏移量的线性关系。同时,对光纤光栅的温度补偿问题进行了一定探讨。在理论推导的基础上,本课题设计完成了基于C型压力弹簧管的光纤光栅液位传感器,完成了基于活塞式压力计、光谱分析仪以及LED宽带光源实验平台的搭建。通过温度传感实验,验证了光纤布拉格光栅温度传感特性,并得到与理论值较吻合的光纤Bragg光栅温度灵敏度系数;通过应变传感实验,证明了课题中制作的光纤光栅液位传感器具有较好的迟滞特性,重复性、线性特性等,其灵敏度约为0.671nm/MPa。论文中对光纤光栅解调技术做了一定的探讨,完成了以DSPTMS320VC5402为核心的光源及其驱动电路、光电探测部分、电源电路、复位电路、时钟电路、A&D转换电路等的设计,并进行上位机监控页面的仿真设计。
康彦深[2]2010年在《基于DSP的光纤光栅温度检测系统设计与实验研究》文中研究指明光纤布拉格光栅(FBG)是目前最有发展前景、最具代表性的光纤无源器件之一。由于其具有可靠性高、灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀等特点,在传感领域得到了越来越多的应用。温度作为工业生产中一个非常重要的参数需要人们密切关注,但现在很多场所,如高压、强磁环境中使用传统的传感器无法实现对温度的测量,而FBG温度传感器由于具有本安、抗电磁干扰强等独特的优点,因此将其应用到特殊领域的温度检测中具有重要意义。光纤光栅温度传感器的封装技术已经成熟,而光纤光栅解调技术是当前光纤光栅传感技术研究领域的重点和难点。特别是随着光纤Bragg光栅传感技术在国内外迅速发展,对解调技术也提出了更高的要求。现阶段存在多种解调方法,国外很多机构也进行了光纤光栅解调技术的研究并开发了相应的解调仪器,能够满足工业应用目的,但是由于价格昂贵、对环境要求高等原因限制了该技术的进一步推广应用。目前国内不少部门和研究单位进行了深入的研究,但大多数处于实验阶段,离标准化、产品化还有一定的距离。本文在综合考虑光纤光栅解调系统复杂性、解调速度和精度以及成本的基础上,设计了一套基于DSP的光纤光栅温度传感解调系统。该系统采用WPM (Wavelength Pumped Multiplexing)即泵浦波分复用器作为解调滤波器件,利用其在对应传感FBG不同波长处的插入损耗差异,辨析了不同的传感FBG波长与输出功率之间的关系,从而实现了对信号的解调。解调系统采用双光路结构,并提出了一种对称双通道信号数据融合方案,从理论与技术上做到消除由于光源和光路造成光强波动带来的测量漂移问题。DSP芯片是目前高速、高精度信号处理的有力工具。本论文选用DSP2407作为数据处理芯片,实现了信号放大、滤波、采集、温度转换和数据传输等功能。系统上位机软件采用Labview设计,将接收到的数据进行分析、显示和存储。值得一提的是,在系统设计和实验过程中引入数字电位器进行了放大倍数的调节,同时引入了数字温度计与本系统的温度测量进行了对比实验。通过对设计系统的大量实验,检验了系统稳定性和精度,结果证明基于DSP设计的FBG解调系统温度精度在1℃以内,同时具有解调速度快、性能稳定等特点,有望在工程实际应用中得到广泛应用。
张洪波[3]2004年在《基于DSP的光纤Bragg光栅解调》文中进行了进一步梳理光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)是目前最有发展前途、最具代表性的光纤无源器件之一。由于它能将被感测信息转化为其反射波长的偏移，即具有波长编码的特性，因而不受光源功率波动和系统损耗的影响。另外，光纤光栅具有可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀等优点，易于将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列，实现分布式传感，这是其他传感元件无法比拟的。因而近年来在光纤光栅传感方面的研究与应用已经越来越引起人们的重视。 然而，当前FBG传感技术研究领域的难点之一就是FBG的解调技术，目前国内不少部门和研究单位对其解调技术进行了很多研究，但是大多数处于实验室研究阶段，离实用化，工程化，产品化的标准还有相当距离。 本文在此基础上设计了一套基于DSP的分布式光纤Bragg光栅传感器波长解调系统。该系统采用可调谐光纤F-P(Fabry-Perot)滤波法对FBG波长变化进行解调，其中提供给F-P的驱动电压由TMS320VC5402 DSP的计数器经D/A转换产生。当透过F-P滤波器的光波长与Bragg反射波长重合时，就产生中断请求信号，DSP响应中断后就对有用的信息进行处理，进而得到相应被测参量的变化。 本文是一个涉及到光、机、电的复杂的研究体系，其所做的主要工作包括： (1)阐述了光纤Bragg光栅传感和解调基本原理，并系统地分析了影响光纤Bragg光栅波长的主要因素。 (2)提出了几种有较高研究价值的光纤光栅解调方案，并对这些方案进行了分析和比较，总结了各方案的优缺点。 (3)作为本课题的预备知识，对于本课题所用到的重要器件：TMS320V C5402 DSP芯片做了较系统地阐述和分析。 (4)选定了一套分布式FBG传感解调系统，即可调谐F-P滤波法。在此基础上对整个解调方案进行了细化，并对各子部分的硬软件分别进行了设计。 (5)以分布式温度变量作为被测对象进行了分布式传感解调实验，实验结果表明本解调方案的功能达到了预期的目标，能够满足解调试验与工程应用需要。 (6)根据实验结果对本论文进行了总结，并对后续工作进行了展望。
马文龙[4]2016年在《基于级联光纤光栅的分布式压力检测系统的研究》文中提出随着现代电子技术的飞速发展,光纤传感器因为体积小、精度高、不受电磁干扰等优点已经广泛应用在工业、农业、基础设施建设、军事装备等领域,尤其是光纤布拉格光栅传感技术已经相当成熟,在国内外都得到了广泛的应用。现有的光纤光栅传感技术中,绝大多数传感器是利用光纤光栅轴向应变制成单个传感单元,再通过级联的方式实现准分布式多点传感测量。在实际工业生产中,对机械装备表面压力进行测量也有广泛的实际需求,然而靠轴向应力实现传感测量的光纤光栅却难以满足这一要求。利用光纤光栅的径向压力应变特性可以很好的解决多点测量的级联问题,但由于光纤光栅的径向压力敏感性较轴向压力敏感性更低,如何解决光纤光栅对径向压力的敏感性问题,成为光纤光栅传感技术领域亟待解决的问题。鉴于上述原因,本课题提出了一种乙烯-醋酸乙烯共聚物增敏方案的级联光纤光栅径向压力测量方案,开展了相关理论分析和实验研究,主要研究内容包括:首先,分析了裸光栅在温度、应力条件下的传感特性,提出了一种采用乙烯-醋酸乙烯共聚物增敏封装的光纤光栅径向压力传感方案,将光纤光栅用聚合物材料和方钢封装成半哑铃型传感单元。其次,利用有限元软件对结构体受力分布进行仿真,对封装结构进行了叁种不同尺寸的验证,最终确定了封装结构的尺寸和聚合物材料的主要成分。并对封装后的光纤光栅进行了啁啾特性分析,并标定出封装后传感单元的测量范围。然后,对光纤光栅解调方法进行理论和实验研究,结合本系统的复用特性和实际需求,确定了利用匹配法进行光纤光栅解调的基本方案。最后,基于DSP技术设计了一套5通道模拟信号采集及处理系统,实现了光纤光栅匹配解调输出信号的采集与处理,并实现了采集系统与PC机软件的实时通信,在PC机上显示各个通道光纤光栅的压力传感信息。本课题从理论和实验上对光纤光栅径向压力传感器进行了深入研究,对于拓展光纤传感器的应用领域具有较高的实用价值。
周之砚[5]2009年在《基于DSP的嵌入式光纤传感系统研究》文中提出基于光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的各类传感系统已经在建筑业、制造业等民用和军用领域内被广泛运用,数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)是对信号和图像实现实时处理的一类高性能的CPU,主要用于实现各种数字信号处理算法,目前已广泛应用于通信、家电、航空航天、工业测量、控制生物医学工程及军事的许多需要实时实现的领域。本文结合二者优势,采用FBG作为调制单元,设计了基于DSP技术的嵌入式FBG解调模块,构建了一个光纤传感系统。对系统中各组成硬件进行了测试,完成了对光纤Bragg光栅反射光谱的采集和动态应变测试实验,采用功率加权算法对实验数据进行分析处理。通过光纤应变研究实验验证的光纤Bragg传感解调系统的可靠性。本文完成的主要工作1.阐述了光纤Bragg光栅的传感原理;分析了基于F-P可调谐光滤波器法的FBG传感解调原理及方法。2.构建了基于F-P可调谐光滤波器的光纤Bragg光栅传感解调系统,利用DSP技术构建了嵌入式FBG解调模块。3.嵌入式FBG解调模块中,基于DSP开发板完成了AD、DA转换电路的硬件电路板设计和制作;利用C语言和汇编语言混合编程,完成数据采集、硬件控制、功率加权算法和通信软件设计,并用LabVIEW语言编写了上位机界面。4.完成实验系统的调试,包括DA控制驱动电压的测试、外部存储器SDRAM的调试和实验完成FBG系统参数的标定。分析了采样电路的准确性和稳定性。通过光纤应力研究实验验证了嵌入式光纤Bragg传感解调系统的可靠性。
康守强[6]2007年在《基于DSP的光纤Bragg光栅传感信号解调技术的研究》文中认为光纤Bragg光栅传感器是以光纤布拉格光栅作为敏感元件的功能型光纤传感器,由其构成的分布式光纤Bragg光栅传感器有广泛的应用领域。当该传感器受温度、应变等外界参量的作用时,布拉格波长会发生相应的漂移,因此,研究光纤Bragg光栅传感器的关键问题是如何精确测量多点光纤Bragg光栅反射波长漂移量。本文详细分析了传统的电路变换、峰值检测和相关检测法的不足之处,提出基于F-P可调谐滤波器,采用插值和分段FFT快速相关算法相结合的处理技术。从理论和MATLAB仿真两方面进行了分析,验证了该方法理论上的可行性。根据实际情况和算法具体要求,选择DSP芯片(TMS320VC5416)及外围电路器件完成了硬件电路板的设计和制作。在硬件设计的基础上,用C和汇编混合编程,完成核心算法及与硬件相关的软件设计,并用VB编写了上位机界面。通过模拟的信号源,在制作的硬件电路板上实现了插值―分段FFT快速相关算法,从上位机界面所接收到的数据可以看出采用该方法可以直接求出波形的位移偏移量。与峰值检测和分段FFT快速相关算法相比误差较小;与相关检测法相比运算量小很多,能够更快速的进行数据处理。
郑德琳[7]2012年在《光纤光栅地震检波器解调技术研究》文中认为随着地震检波技术的迅速发展，对其频率、动态范围、精度及分辨率的要求也日益提高，而传统的地震检波器已经不能满足现在地震勘探的要求。光纤光栅是目前最有发展前途、最具有代表性的光纤无源器件，使用光纤光栅制作的地震检波器，具有传统探测器无可比拟的优点：用波长编码信号，便于构成分布式传感网络；灵敏度高；动态范围大；抗干扰能力强，符合当前地震勘探领域对检波器提出的新要求。目前光纤光栅传感器实际应用的最主要障碍就是传感信号的解调,正在研究的光纤光栅传感解调方法有很多,但能够实际应用的解调产品并不多,而且价格昂贵。波长信号解调是光纤光栅解调技术中应用非常广泛的技术。如何检测、处理传感光栅中心波长的微小偏移量，即对波长编码的信号实现解调是整个光纤光栅传感系统实用化的关键。本文基于光纤光栅匹配解调技术，采用DSP和Labview实现对解调信号的采集、处理和显示等，实现了对地震信号的解调。实验表明该解调系统电压分辨率为0.732mV，波长分辨率为5pm，动态范围达到70dB。本文主要做了如下工作：1.介绍了光纤光栅传输理论模型及其传感原理,分析和比较了几种典型解调方案的优缺点。2.从解调系统的功能和设计要求出发，选定光纤光栅匹配解调方案，并设计了方案中光路系统和光电信号的处理系统；选用DSP和Labview作为后续数据处理的核心，搭建了实验系统。3.给出了系统核心部分的软硬件调试结果，并通过实验测试和结果分析，证实了该实验系统设计方案的可行性和合理性。通过优化软硬件设计和增加A/D采集点数，可进一步提高系统检测的精度和分辨率。
胡霁[8]2010年在《基于匹配法的嵌入式光纤光栅温度传感系统》文中进行了进一步梳理光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是一种折射率呈固定的周期性调制分布的新型光无源器件。光纤光栅技术的出现被认为是光纤通信领域的一个里程碑。随着研究的深入,它波长编码、抗电磁干扰、抗腐蚀和可靠性好等在传感领域得天独厚的优势也被人们所发现。目前,光纤光栅传感器已经被广泛应用于土木、医学、航天等各个领域,对光纤光栅传感技术的研究和应用也越来越引起了人们的重视。本文从实际应用出发,主要目的是为了设计一个满足工程检测需要的便携式光纤光栅温度传感解调系统。在对现有光纤光栅传感解调方案进行分析和比较的基础上,并结合实验室的实际条件设计了一个基于匹配法的嵌入式光纤光栅温度传感系统。在本论文中首先利用耦合模理论对光纤光栅传输特性进行了系统分析和研究,针对目前光纤光栅传感器实际应用中所存在的温度和应力交叉敏感问题,本文提出了一种新型的传感头封装方法,经理论分析该方法能够很好的消除温度和应力交叉敏感问题。然后根据设计需求完成了光电探测器放大电路和以DSP2407为核心的A/D转换电路、时钟复位电路、仿真接口电路、DSP与USB接口芯片CH375的接口电路的设计;在硬件设计的基础上,完成了对系统软件部分的编程工作。接着为了实现良好的人机交互功能,利用Visual C++中的提供的MFC编程方法编写了一个解调结果查询界面。通过该界面可以完成实时检测数据的观测和历史数据的查询,另外还可以实现对光栅光谱波形的绘制功能。最后,对整个系统进行调试,在调试成功做进行了实验并对实验结果中所产生的误差进行分析。实验结果表明整个系统的设计也基本符合预期的目标。
王鑫[9]2008年在《光纤布拉格光栅传感解调系统研究》文中认为光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器是利用光栅Bragg波长对温度、应力的敏感特性而制成的一种新型光纤传感器,其除具有传统电类传感器的功能外,还具有抗电磁干扰、测量范围大、动态范围广、稳定性好等优点,因此,被广泛应用于各种大型复合材料和混凝土的结构监测、智能材料的性能监测、电力工业、消防和化工等领域。光纤光栅传感器的解调技术是目前光纤光栅传感技术研究领域的重点和难点之一,也是国内外许多研究机构的研究热点之一。对于光纤光栅的波长解调技术即光纤光栅波长微小偏移量的检测技术来说,传统的波长检测仪器存在体积大、精度低、价格昂贵、难以应用于实际的传感解调系统等不足,因此,开发高精度、低价格的解调仪器成为光纤光栅传感器大量应用于实际的关键。本文对光纤Bragg光栅的传感解调系统进行了研究,主要内容如下:1.简要介绍了光纤光栅的发展动态、分类和应用现状;2.系统介绍了光纤光栅的传感原理和主要光学性能,并给出了光纤光栅的应变传感模型、温度传感模型以及应变和温度的交叉传感模型;3.对目前存在的各种解调方法的原理及其优缺点进行了分析,接着提出了基于步进电机调谐的光纤光栅匹配解调技术,并分别对传感光栅波长变化量与匹配光栅波长变化量的关系、光功率与光纤光栅反射中心波长的关系进行了理论分析和推导;4.为了实现高速光纤Bragg光栅信号解调,设计了基于DSP系统(包括DSP、单片机及其外围器件)的光纤光栅匹配解调系统,其中包括硬件设计和软件设计;5.利用所设计的光纤Bragg光栅传感解调系统,进行了光纤Bragg光栅的应变特性实验、匹配光栅的步进电机调谐实验以及光纤Bragg光栅传感信号解调实验,并对实验结果进行了分析和处理,验证了所提出的光纤光栅匹配解调方案的可行性;6.对光纤光栅传感解调系统精度偏低的原因进行了分析,并提出了改进意见。
许儒泉[10]2004年在《新型光纤Bragg光栅解调系统研究》文中认为FBG(Fiber Bragg Graing)传感器是目前光纤光栅传感领域的研究热点之一，其被广泛应用于大型复合材料和混凝土的结构监测，智能材料的性能监测，电力工业，医药和化工等领域。FBG的解调技术是当前FBG传感技术研究领域的重点和难点之一，目前国内不少部门和研究单位对其解调技术进行了很多研究，但是大多数处于实验室研究阶段，离实用化工程化，产品化的标准还有相当距离。 本文对光纤光栅传感器的基本理论和技术进行了系统的研究，主要内容包括：光栅的传感机理分析；对比分析了光纤光栅的常用解调方法，重点介绍了可调谐F-P滤波法解调原理；基于DSP解调系统的设计方法与实验验证。 首先对光纤光栅传感器的研究现状和发展趋势进行了回顾和展望。简单介绍了光栅的常用制作方法。系统分析了光纤Bragg光栅对温度、应变及压力的传感机理。 光纤光栅的解调技术是光纤光栅传感器的关键技术，本文讨论了光纤光栅的波长解调方法，包括匹配光栅法、可调谐F-P腔法、非平衡Mach-Zehnder干涉仪法和可调谐光源法等，详细分析了可调谐F-P滤波器的特性和解调原理提出了一种基于DSP的解调光纤光栅波长的可调谐法布里一珀罗腔解调方案。 DSP技术是目前高速信号处理的最有力工具。为了提高解调器的速度和精度，设计了基于TMS320VC5402的高速信号处理系统，详细讨论了DSP芯片的选型和系统设计方法。介绍了F-P腔驱动电压的生成方法，调试验证了其正确性与可靠性。根据当前多点传感FBG的良好应用前景，系统针对多点解调设计了一套解调算法，并在DSP上运行通过验证。为了配合高速的DSP和外围器件的接口，本系统采用了高速可编程逻辑器件(CPLD)来实现系统的逻辑控制。 DSP系统用户程序引导是DSP系统设计必须完成的任务。本文介绍了对FLASH存储器的操作方法和进行自举引导途径。
参考文献：
[1]. 光纤布拉格光栅液位传感器的实验研究[D]. 赵哲. 北京化工大学. 2008
[2]. 基于DSP的光纤光栅温度检测系统设计与实验研究[D]. 康彦深. 山东大学. 2010
[3]. 基于DSP的光纤Bragg光栅解调[D]. 张洪波. 武汉理工大学. 2004
[4]. 基于级联光纤光栅的分布式压力检测系统的研究[D]. 马文龙. 燕山大学. 2016
[5]. 基于DSP的嵌入式光纤传感系统研究[D]. 周之砚. 天津大学. 2009
[6]. 基于DSP的光纤Bragg光栅传感信号解调技术的研究[D]. 康守强. 哈尔滨理工大学. 2007
[7]. 光纤光栅地震检波器解调技术研究[D]. 郑德琳. 西安石油大学. 2012
[8]. 基于匹配法的嵌入式光纤光栅温度传感系统[D]. 胡霁. 南昌航空大学. 2010
[9]. 光纤布拉格光栅传感解调系统研究[D]. 王鑫. 沈阳工业大学. 2008
[10]. 新型光纤Bragg光栅解调系统研究[D]. 许儒泉. 武汉理工大学. 2004
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