基于ARM的FBG和光纤F-P传感器通用解调系统的研究

摘要

光纤传感器由于其良好的性能，被广泛应用于大型复合材料和混凝土结构检测，电力工业，医疗和化工等领域。其中，由于FBG(FiberBragg Grating，光纤布喇格光栅)传感器具有波长编码，易复用等优点；光纤F-P(Fabry Parot，光纤珐珀)传感器具有静态测量精度高，制作简单，受温度影响小等优点，因此应用范围尤为广泛。特别是在结构健康检测中，往往需要综合使用两种传感器，所以有必要研制一种低成本、高可靠性的、携带方便的，能够同时解调FBG传感器和F-P传感器的通用解调系统。
　　 本文详细介绍了FBG传感器和光纤F-P传感器的传感原理及其解调方法，分析各种解调方法的优缺点，结合实际情况设计出一套以可调谐F-P滤波器为核心器件的通用解调方案，并依据光纤传感器的解调原理，围绕可调谐F-P滤波器搭建光路系统；从理论上分析了解调方案的可行性。
　　 嵌入式系统是目前研究的热点，ARM处理器具有较高的运算速度、较低的功耗以及丰富的外部接口，可以方便地移植与运行嵌入式实时操作系统等优点。本系统采用ARM处理器做信号处理，使得系统具有运算速度快、性价比高等优点。
　　 分析各系列ARM处理器的特点，根据实际需求，选择高性能的三星S3C2440处理器，实现对信号的采集和运算，并在Linux系统下实现对子系统驱动的设计，编写主控程序和算法程序，以及各模块间的交互方式等。用VC编写了上位机界面，实现了解调结果在上位机上的直观显示。最后对整个系统的软硬件进行了详细的设计和调试，并对测得数据进行了讨论。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外发展现状

1.3 ARM嵌入式系统的发展现状

1.4 课题研究的意义

1.5 课题的主要内容

第2章 光纤传感器的解调原理

2.1 FBG传感器

2.1.1 匹配滤波法

2.1.2 光谱仪法

2.1.3 非平衡马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪解调法

2.1.4 可调珐珀(F-P)滤波器解调法

2.1.5 非平衡扫描迈克尔逊(Michelson)干涉仪法

2.2 光纤F-P传感器

2.2.1 强度解调

2.2.2 相位解调

2.3 FBG与光纤F-P传感器通用解调

2.4 本章小结

第3章 通用解调系统的设计

3.1 通用解调系统的结构原理

3.2 可调F-P滤波器自由光谱的范围

3.3 可调F-P滤波器腔长的变化范围

3.4 可调F-P滤波器的透射带带宽

3.5 可调F-P滤波器的分辨率

3.6 可调F-P滤波器参数的确定

3.7 本章小结

第4章 系统的硬件设计

4.1 嵌入式系统概述

4.1.1 ARM9微处理器

4.1.2 三星$3C2440A微处理器

4.1.3 基于$3C2440A的Micr02440开发板

4.2 系统硬件结构

4.3 系统模块设计

4.3.1 A/D转换模块

4.3.2 D/A输出模块

4.3.3 PIN光二极管输入信号处理模块

4.4 本章小结

第5章 系统的软件设计

5.1 嵌入式操作系统概述

5.2 几种常见的嵌入式操作系统

5.2.1 WinCE

5.2.2 PalmOS

5.2.3 Linux

5.3 软件开发环境及交叉编译器的建立

5.4 定制Linux内核

5.4.1 配置CPU平台选项

5.4.2 配置驱动LCD

5.4.3 配置串口驱动

5.4.4 配置AD转换驱动

5.5 应用程序的设计

5.5.1 解调系统的整体流程

5.5.2 A/D转换模块

5.5.3 信号处理模块

5.5.4 串口模块

5.5.5 LCD模块

5.5.6 上位机界面的设计

5.6 本章小结

第6章 系统测试

6.1 光路系统的测试

6.2 电路系统

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢