嵌入式光纤布拉格光栅解调系统的研究与实现

摘要

光纤布拉格光栅具有抗电磁干扰能力强，稳定性好，测量现场不带电，测量范围广，易于组成传感网络等特点，现已被广泛应用于建筑、桥梁、医疗和电力等各个领域。但是，光纤布拉格光栅的波长解调技术仍然是其进一步发展的主要障碍，是光纤光栅传感领域的最大的难点之一。
　　通过深入调研光纤光栅的国内外研究现状，把握当前光纤光栅的发展趋势，明确了研究的方向。首先，采用耦合模理论系统分析了布拉格光栅温度及应变的敏感特性。其次，比较了几种布拉格光栅的波长解调方法，选择可调谐法布里一珀罗腔滤波法作为系统波长解调的方案，并设计了光路。在信号处理系统中，设计的FFP-TF控制电路，可对FFP-TF无失真的精准控制；设计的高精度光电检测电路，可实现nW级的光功率检测；设计的波长解调算法，可实现系统的同步。最后，采用嵌入式系统作为布拉格光栅波长解调的系统平台。通过比较最终选择STM32平台。使用VC++编写了上位机监控软件，用于显示监控界面。另外，为了适应便携式的需要，还设计了基于LCD触摸显示屏的手持式波长解调系统。
　　实验表明，系统的测温精度为1℃，响应时间1s以内，运行稳定、可靠、可扩展性强，可以满足实际工程测量的需要。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 光纤光栅的发展动态及研究意义

1.3 课题的来源和主要研究内容

第2章 光纤光栅传感机理及常见解调方法

2.1 光纤光栅传感理论基础

2.2 光纤光栅的传感机理

2.3 分布式光纤光栅的常用解调方法

2.4 本章小结

第3章 光纤布拉格光栅解调系统的设计

3.1 系统方案设计

3.2 光栅解调系统光路设计

3.3 光纤解调系统电路部分设计

3.4 本章小结

第4章 嵌入式光纤光栅解调系统的具体实现

4.1 嵌入式系统简介

4.2 光纤光栅解调系统算法设计

4.3 基于多种嵌入式平台的解调系统实现

4.4 串口通信协议与接口

4.5 基于VC++上位机软件设计

4.6 手持便携式光纤光栅解调系统

4.7 本章小结

第5章 光纤光栅解调系统性能分析

5.1 实验样机

5.2 FFP-TF2动态漂移特性的实验分析

5.3 光纤光栅解调系统精度和稳定性测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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