光纤光栅传感系统研究及软件设计

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1、东南大学硕士学位论文光纤光栅传感系统研究及软件设计姓名：朱斌申请学位级别：硕士专业：精密仪器及机械指导教师：倪江生20081216光纤光栅传感系统研究及软件设计摘要光纤传感器是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己经有了长足的进展，各种新型光纤传感器不断的出现。光纤光栅传感器(FiberBraggGrating，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

2、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，冈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

3、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，基丁VC阡开发平台利用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

4、表明，本解调系统性能和功能均满足实际工程监测的要求。关键词：光纤布拉格光栅；波长解调；MFC：：USB2．0RESEARCHANDSOFr、M气REDESIGNOFF狂IERBRAGGGR&rINGSENSINGSYSTEMAbstractFiberopticsensorisbeingdeveloped、珩也thetechnologyoffibercommunicationsince1970’Sandhasmadegreatprogressinthesethirtyyears．Manynewkindsoffiberopticsensorshave

5、comeforthandFBG(FiberBraggCrating)isamongthosenewsensorswhichilwidelyusedinmanyfieldsandhasbecomeafocusofapplicationresenrchintheal'Caoffiberopticsen蚶technology．WavelengthdemodulationisacriticaltechniqueinFBGsensingapplicationandresearchnowadays．Developinghighprecisiondemodul

6、ationsystemisofgreatsignificancetoextendtheapplicationofFBGsensor．Inthispaperthefibergratingsel"180rtheoryanddemodulationtechnologyaresystematicallyinvestigatedandthenaschemeofwavelengthdemodulationbasedonFFPtunablefilterisputforward．TheoutputoftheFFPtunablefilterisnonlineart

7、oitscontrolvoltageandischangefulwinltimeandsurroundingtemperature，SOanAERF(AthermalEtalonReferenceFilter)andareferenceFBGarcaddedtotheinterrogationsystemasanaccuratereference．WhenscanningtheFFP．theAERFoutputsasotofwavepeaks谢tllfixedwavelengthinterval．andtherebythenonlinearFFP

8、tunablefilterCanbecalibratedeverypcdod．DSPperformsassignalgatheringd