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(xué)傳感器，具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在石油化工，航空航天，建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。光纖光柵傳感技術(shù)的關(guān)鍵是解調(diào)系統(tǒng)，開發(fā)設(shè)計(jì)一套低成本、便攜式的解調(diào)系統(tǒng)對(duì)于拓展光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)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(xì)分析比較了常見的五種光纖光柵解調(diào)方式的基礎(chǔ)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(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)上，選擇STM32F4芯片處理核心，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧FFP驅(qū)動(dòng)放大電路和SD卡硬件電路，解決了容性負(fù)載導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)波形失真問題。
　　在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上，首先開發(fā)完成了SD卡的驅(qū)動(dòng)、DAC驅(qū)動(dòng)和ADC驅(qū)動(dòng)，并針對(duì)各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)利用上位機(jī)進(jìn)行調(diào)試，使模塊達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)。然后完成了uC/OS-III嵌入式實(shí)

3、時(shí)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(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的內(nèi)存管理方式。在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)上，利用Fatfs文件系統(tǒng)，實(shí)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(shè)計(jì)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(hào)，首次將并行數(shù)據(jù)采集方法應(yīng)用于光纖光柵譜的采集中，并完成了3個(gè)AD并行工作的軟硬件

4、設(shè)計(jì)，提高了光纖光柵反射譜的采集點(diǎn)數(shù)，為高精度、高速率光譜擬合奠定了基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的測(cè)量精度，本文實(shí)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(shí)，利用應(yīng)力光柵對(duì)溫度光柵傳感器進(jìn)行定標(biāo)，完成環(huán)境溫度到傳感光柵波長(zhǎng)的變化。
　　較傳統(tǒng)方案相比，本系統(tǒng)完全不依賴于PC，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)，光纖光柵反射譜波長(zhǎng)的擬合定標(biāo)等。經(jīng)測(cè)試，利用本課題提出的高