基于嵌入式的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng).pdf

1、光纖光柵傳感器較傳統(tǒng)的電學傳感器，具有抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、精度高、結(jié)構(gòu)簡單且價格低廉等優(yōu)點，在石油化工，航空航天，建筑結(jié)構(gòu)等領域具有廣泛應用。光纖光柵傳感技術的關鍵是解調(diào)系統(tǒng)，開發(fā)設計一套低成本、便攜式的解調(diào)系統(tǒng)對于拓展光纖光柵傳感技術的應用范圍具有重要意義。
　　本文首先從光纖光柵傳感器的理論研究出發(fā)，在詳細分析比較了常見的五種光纖光柵解調(diào)方式的基礎上，選擇可調(diào)諧光纖法布里-珀羅（FFP）濾波器作為本系統(tǒng)的解調(diào)方法，并設計

2、解調(diào)系統(tǒng)的總體方案。根據(jù)光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的總體設計方案，完成了光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)，具體內(nèi)容如下:
　　在系統(tǒng)硬件設計上，選擇STM32F4芯片處理核心，設計并實現(xiàn)了可調(diào)諧FFP驅(qū)動放大電路和SD卡硬件電路，解決了容性負載導致的驅(qū)動波形失真問題。
　　在系統(tǒng)軟件設計上，首先開發(fā)完成了SD卡的驅(qū)動、DAC驅(qū)動和ADC驅(qū)動，并針對各個模塊的驅(qū)動利用上位機進行調(diào)試，使模塊達到預期的狀態(tài)。然后完成了uC/OS-III嵌入式實

3、時操作系統(tǒng)和Fatfs文件系統(tǒng)的移植工作，利用操作系統(tǒng)來管理系統(tǒng)的軟硬件資源。為了配合操作系統(tǒng)的使用，本文設計了一種簡單的內(nèi)存管理方式。在數(shù)據(jù)的存儲上，利用Fatfs文件系統(tǒng)，實現(xiàn)了將LCD截圖以BMP格式和AD采樣值以TXT格式保存在SD卡中。最后，利用GUI圖形庫設計了圖形用戶界面，完成波形圖像數(shù)據(jù)顯示。
　　為了獲取更高精度的光纖光柵反射譜信號，首次將并行數(shù)據(jù)采集方法應用于光纖光柵譜的采集中，并完成了3個AD并行工作的軟硬件

4、設計，提高了光纖光柵反射譜的采集點數(shù)，為高精度、高速率光譜擬合奠定了基礎。為了進一步提高系統(tǒng)的測量精度，本文實現(xiàn)了嵌入式環(huán)境下的Levenberg–Marquardt（LM）算法并用于光纖光柵反射譜的擬合，得到反射譜峰值的精確位置。同時，利用應力光柵對溫度光柵傳感器進行定標，完成環(huán)境溫度到傳感光柵波長的變化。
　　較傳統(tǒng)方案相比，本系統(tǒng)完全不依賴于PC，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集存儲，光纖光柵反射譜波長的擬合定標等。經(jīng)測試，利用本課題提出的高