基于单片机的光纤光栅匹配解调系统的研究

摘要

基于光纤光栅的传感器是通过外界参量对其布拉格中心波长的调制来获取传感信息。是一种波长调制型的传感器。在现有技术条件下，光纤光栅传感器应用于实际传感领域有一些要解决的关键技术，而光纤光栅的波长解调技术是目前研究的热点和难点。即对光纤光栅波长微小偏移量的检测问题。传统的波长检测仪器存在体积大，价格昂贵，难以应用于实际的传感解调系统中，开发高精度，低价格的解调仪器成光纤光栅传感器大量应用于实际的关键。
　　本文在光纤布拉格光栅解调方面进行了探索和研究，介绍光纤光栅的基本机理，主要特性，系统研究了光纤光栅传感原理。对现有各种典型的解调方法进行概述，对各自优缺点进行了分析比对，结合实际提出光纤光栅匹配解调方案进行解调，并建立了基于单片机的匹配光纤光栅解调实验系统。对构成解调系统的硬件系统进行了设计和分析。将设计的系统方案应用于应力测量，进行了传感和解调实验，并对实验结果进行了处理和分析，验证所提出的光纤光栅解调方案的可行性。在实验结果的基础上总结该方案的优缺点，并提出了改进意见。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的意义与目的

1．2 光纤光栅及解调技术研究现状

1．2．1 光纤光栅的应用

1．2．2 光纤光栅分类

1．2．3 光纤光栅解调技术国内外发展现状

1．3 本课题研究的主要内容

第2章 光纤光栅传感原理及解调方法研究

2．1 光纤光栅基本原理

2．2 光纤光栅的传感原理

2．2．1 光纤光栅应变传感模型

2．2．2 光纤光栅温度传感模型

2．2．3 光纤光栅应变和温度交叉传感模型

2．3 直接解调法

2．4 滤波解调法

2．4．1 匹配滤波法

2．4．2 线性边带滤波法

2．4．3 可调谐法布里-珀罗滤波法

2．5 干涉解调法

2．5．1 非平衡马赫-曾德干涉仪法

2．5．2 非平衡扫描迈克耳逊干涉仪法

2．6 可调光源解调法

2．6．1 可调谐窄带激光器扫描法

2．6．2 锁模调制法

2．7 光栅色散解调法

2．8 基于单片机的光纤光栅匹配解调系统提出

2．9 本章小结

第3章 光纤光栅匹配解调系统硬件设计

3．1 光纤光栅匹配解调系统组成

3．2 解调系统硬件设计

3．2．1 光源

3．2．2 3dB耦合器

3．2．3 光纤光栅

3．2．4 光谱分析仪

3．2．5 光电探测器及I/V转换电路设计

3．2．6 信号调理电路设计

3．2．7 信号采集电路设计

3．2．8 单片机(AT89S52)

3．2．9 显示电路和通信接口电路设计

3．2．10 步进电机驱动电路设计

3．3 本章小结

第4章 光纤光栅匹配解调系统软件设计

4．1 软件程序流程

4．2 软件程序设计

4．2．1 初始化子程序

4．2．2 模数转换子程序

4．2．3 驱动子程序

4．2．4 读数据子程序

4．2．5 求最大值子程序

4．2．6 显示与通信子程序

4．3 本章小结

第5章 实验及实验结果分析

5．1 光纤光栅应力传感特性测试

5．2 匹配光纤光栅调谐特性测试

5．3 系统输出功率谱测量

5．4 解调系统实验结果及分析

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢