基于时分复用的FBG传感技术研究及信号处理系统设计

摘要

光纤传感测量技术是一项先进的测量技术，可实现快速、稳定、可靠及高精度的测量，正成为当前传感技术领域研究的一大热点，在工程领域具有很好的应用前景。光纤光栅传感器具有体积小、灵敏度高、损耗低、动态范围大、抗干扰能力强、绝缘性能好、长期可靠性强以及便于实现分布式多点测量等优点。经过几十年的发展，光纤光栅传感技术已经被应用于如桥梁施工检测、地下矿井安全监测、电力系统温度控制以及医学应用等诸多领域，并取得了许多成果。随着光纤光栅传感技术的不断发展与完善，光纤光栅传感器及其传感网络系统将会得到更广泛的应用。 本文主要以光纤光栅的传感技术、解调技术及其传感网络分复用技术为研究对象，概括介绍了光纤光栅传感技术的发展现状，深入研究了光纤布拉格光栅传感的基本原理和理论模型，并系统阐述了各种光纤光栅的解调技术及其传感网络复用技术。本文设计了一套FBG解调系统的整体方案，建立了一个以马赫－泽德干涉仪为解调核心、时分复用的分布式传感网络，详细地分析了马赫－泽德干涉仪的相位调制方法及其解调方法。通过ARM9微控制器控制D/A模块输出高性能的扫描信号来控制压电陶瓷，使得马赫－泽德干涉仪的参考臂上光纤长度发生改变，实现对传感信号进行调制。然后，通过光电转换得到微弱的电信号，采用高精度的运放对信号进行放大，并使用高速A/D转换器对信号进行了采样。同时，在软件上实现了对采样数据的滤波处理，通过建立数据库来保存数据，并编写了嵌入式系统外围的相关芯片的流接口驱动程序。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 国内外研究动向

1.3 论文的主要内容

第二章 光纤布拉格光栅解调系统原理

2.1 光纤布拉格光栅传感原理

2.2 FBG传感信号解调方法

2.3 分布式FBG传感信号复用技术

2.4 小结

第三章 FBG解调系统设计

3.1 解调系统整体方案设计

3.2 脉冲光源

3.3 马赫—泽德干涉仪

3.3.1 光干涉的基本条件

3.3.2 马赫—泽德干涉仪构造

3.3.3 马赫—泽德干涉仪的相位调制

3.3.4 马赫—泽德干涉仪相位解调方法

3.4 光电探测器

3.5 小结

第四章 系统硬件设计

4.1 ARM嵌入式处理器

4.2 D/A模块设计

4.3 A/D模块设计

4.4 信号放大模块设计

4.5 小结

第五章 WinCE系统移植

5.1 WinCE操作系统简介

5.1.1 Windows CE的特点

5.1.2 Windows CE的层次体系结构

5.1.3 Windows CE注册表

5.1.4 Windows CE中断处理

5.2 WinCE操作系统移植

5.2.1 在Platform Builder中定制操作系统

5.2.2 建立目标平台与开发工作站的通讯连接

5.3 WinCE系统设计

5.3.1 BIB文件

5.3.2 DAT文件

5.3.3 DB文件

5.3.4 REG文件

5.4 小结

第六章 系统软件设计

6.1 建立软件开发环境

6.2 软件方案设计

6.3 驱动程序开发

6.3.1 流接口驱动程序

6.3.2 D/A驱动程序

6.3.3 A/D驱动程序

6.4 数据分析处理

6.4.1 数字滤波

6.4.2 中心波长的计算

6.4.3 数据库设计

6.5 小结

第七章 总结

致谢

参考文献