行波管管壳温度分布FBG测试系统

摘要

布拉格光纤光栅(FBG)具有良好的滤波特性、灵敏的温度和应变响应、抗电磁干扰、全光远距离测量、易于形成传感网络等优点,已在光纤通信、传感、和测量领域取得了应用。随着FBG制造和光纤传感技术的不断发展,FBG传感器及其系统在军事科研中将发挥重要作用。 本文面向行波管可靠性分析需求,以功率行波管管壳温度分布测试为目标,对FBG传感器的基本理论、技术及其应用进行了系统的研究。首先提出了基于FBG的功率行波管管壳温度分布测试系统方案,建立了FBG传感器光谱分析模型,分析了FBG传感器的温度传感机理,研究了各种噪声对温度传感系统的影响。在此基础上,重点开展了解调系统设计、解调系统噪声分析、滤波处理等方面的研究,提出了基于改进平均滤波器的噪声抑制算法和基于质心原理的中心波长计算算法,设计了该系统的硬件和软件。最后,研制了系统硬件模块,初步调试实现了解调系统信号处理、与上位机之间通信等功能,确定了中心波长。结果表明,即使加入5dB的噪声,质心法可将误差控制在0.6pm左右；当信噪比达到30dB时候,质心法测量的误差达到10-2pm量级,该法可显著提高检测系统的精度和抗干扰能力。

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第一章 绪论

1.1 光纤传感技术简介

1.2 布拉格光纤光栅传感技术及其应用

1.2.1布拉格光纤光栅及其传感技术

1.2.2布拉格光纤光栅传感器及其应用

1.3 行波管管壳温度测量技术

1.4 课题研究的意义、主要研究工作

第二章 行波管管壳温度测试系统方案

2.1 系统总体方案

2.2 分布式FBG传感阵列设计

2.2.1光纤布拉格光栅结构

2.2.2光纤布拉格光栅光谱分析

2.2.3光纤布拉格光栅的传感原理

2.2.4光纤布拉格光栅分布式传感阵列

2.3 光纤布拉格光栅解调方案设计

2.3.1光纤光栅解调方案分析对比

2.3.2系统解调方案设计

2.4 本章小结

第三章 行波管管壳温度测试系统硬件设计

3.1 关键光部件性能与选择

3.1.1 F-P滤波器

3.1.2标准距

3.1.3 1×N光开关

3.2 ARM处理器

3.2.1 ARM简介

3.2.2 S3C2410A简介

3.2.3单片机、DSP、ARM解调系统的比较

3.3 光电探测模块

3.3.1光电二极管的工作模式

3.3.2光电二极管的连接方式

3.3.3放大器OP27

3.4 A/D、D/A模块

3.4.1 AD、DA器件的选择原因

3.4.2 A/D模块

3.4.3 D/A模块

3.5 电源模块

3.6 系统调试流程

3.7 本章小结

第四章 行波管管壳温度测试系统数据处理与解调算法

4.1 噪声的分类

4.1.1内部噪声

4.1.2外部噪声

4.2 信号的滤波

4.2.1系统的理论模型

4.2.2加入噪声后的模型

4.2.3噪声抑制

4.2.4滤波算法的C语言实现

4.3 中心波长的计算

4.3.1峰值法

4.3.2质心法

4.3.3质心法的C语言实现

4.4 本章小结

第五章 实验系统及结果

5.1 硬件模块研制

5.2 系统联调及结果

5.2.1电源调试

5.2.2光电转换模块调试

5.2.3 D/A模块调试

5.2.4 A/D模块调试

5.2.5 串口通讯调试

5.3 结果分析

5.4 基于VISUAL C++控制平台

5.4.1控制平台界面设计

5.4.2平台测试

5.5 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢