匹配光栅传感网络高精度温度控制系统的研究 (1)

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1、ClassifiedIndex：TP212U．D．C：621．38SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisHIGHLYACCI瓜ATETEMPERATURECONTROLSYSTEMBASEDON脚CHEDFIBERBRAGGGRATINGSSENSORNETWORKSGrade：2010Candidate：BoWangAcademicDegreeAppliedfor：MasterSpeciality：SignalandInformationProce

2、ssingSupervisor：Prof．LianShanYanMay．2013西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2·不秒娴椴姗。(请在以上方框内打“寸’)学位论文作者签名：互宠乏指导老师签

3、名：日期：沙1．；、莎t≯日期：如f7t石’≯西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1．设计了一套多路温度控制系统，可以解决匹配光栅传感网络中因加工工艺、安装预应力等原因而造成的传感光栅与参考光栅初始中心波长失配的问题，提高系统的解调精度和范围。2．完成了温控系统软硬件及机械结构的设计、以及相应系统方案的调试与优化，主要包括系统温度控制主板和半导体制冷器控制子模块的电路设计与调试，嵌入式软件编程与调试以及系统机箱和半导体制冷器保温暗室的机械结构设计等。3

4、．系统的实验验证表明本设计能够使参考光栅和传感光栅中心波长实现较好的匹配效果。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：壬多良日期：≯房、多’汐西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要光纤光栅传感器具有精度高、速度快、抗电磁干扰等特点，受到了越来越多的关

5、注。基于时分复用的匹配光栅传感技术较之传统光纤传感技术(如波长扫描)具有更高的解调速率，从而更能满足实际应用的需求，然而在这种传感方案中由于加工工艺、安装预应力以及环境温度变化等因素的影响，会直接导致传感与匹配光栅的初始中心波长出现失配情况，进而影响系统的解调精度和范围。本文正是针对匹配光栅传感网络中参考光栅与传感光栅中心波长失配的问题，采用半导体制冷器，设计了一套温度控制系统，其硬件电路采用了主控制板与若干温度补偿子模块相结合的设计方案。主控制板通过改变各个子模块上半导体制冷器的温度来调节相应参考光

6、栅节点的中心波长，使得系统能够消除各种预应力等初始因素的影响，确保传感光栅和参考光栅中心波长能够实现初始匹配，同时还可消除环境温度变化而带来的交叉影响，进而提高后继应变监测与解调的可靠性。本文所设计的温度补偿控制系统主要分为系统硬件、机械结构和软件设计三部分。首先，利用光纤光栅的温度与应变特性阐述了温度补偿控制方案的具体模型，结合半导体制冷器，给出了整个硬件系统的设计方案；其次，通过对系统机械结构的综合设计，形成了完整的温度补偿控制系统；最后，基于已搭建的光纤光栅传感网络系统进行了系统电路的综合调试，

7、通过实验测试与结果分析，对整个系统进行了验证与优化。最终结果表明，所设计的温度补偿控制系统可以实现对半导体制冷器的温度进行较为精确的调节：在O到20℃的控制范围内温控精度在0．2。C以内，且稳定后温度的抖动性小于0．1℃，同时系统具有较好的重复性，可以对参考光栅进行较好的温度补偿。关键词：光纤传感；匹配光栅；时分复用；温度控制；半导体制冷器西南交通大学硕士研究生学位论文第工I页AbstractNowadays，sensingbasedonfiberBragggrating(FBG)attractsmo

8、reandmoreattentionsduetothehighprecision，highspeedandimmunitytoelectromagneticinterference．Comparedtotheconventionalfibersensingtechnology伍e．wavelengthscanning)，thematchedFBGsensorutilizingtime-divisionmultiplexing(TDM)techniqueh