基于嵌入式的光纖光柵解調系統.pdf

1、光纖光柵傳感器較傳統的電學傳感器，具有抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、精度高、結構簡單且價格低廉等優(yōu)點，在石油化工，航空航天，建筑結構等領域具有廣泛應用。光纖光柵傳感技術的關鍵是解調系統，開發(fā)設計一套低成本、便攜式的解調系統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方式的基礎上，選擇可調諧光纖法布里-珀羅（FFP）濾波器作為本系統的解調方法，并設計

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

3、時操作系統和Fatfs文件系統的移植工作，利用操作系統來管理系統的軟硬件資源。為了配合操作系統的使用，本文設計了一種簡單的內存管理方式。在數據的存儲上，利用Fatfs文件系統，實現了將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，完成波形圖像數據顯示。
　　為了獲取更高精度的光纖光柵反射譜信號，首次將并行數據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，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的測量精度，本文實現了嵌入式環(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。
　　較傳統方案相比，本系統完全不依賴于PC，實現了數據采集存儲，光纖光柵反射譜波長的擬合定標等。經測試，利用本課題提出的高