论文题目: 光纤法—珀传感器变换解调原理研究及嵌入式系统实现
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 章鹏
导师: 陈伟民
关键词: 光纤法珀传感器,傅里叶变换,相关,解调,嵌入式系统
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 光纤法-珀传感器具有体积小、灵敏度高、性能稳定、不受电磁场干扰、能进行远程信号处理以及可以复用等优点,是最早应用于实际工程中的光纤传感器之一。但随着新技术的不断涌现,近几年来科研工作者逐渐将研究重点转移到了光纤光栅传感器等其它光纤传感器上,对光纤法-珀传感器的研究一直停留在早期水平。和光纤光栅传感器相比,光纤法-珀传感器尽管在信号复用上存在明显不足,但在性能稳定性方面却具有独特的优点,非常适合于参数的长期监测。因此,光纤法-珀传感器在很多领域仍然具有重要的实用价值。然而,由于商业利益的原因,目前光纤法-珀传感技术的主要重点都集中于工艺技术研究方面,而在理论方面则相对落后,而理论的落后则又限制了工艺技术水平的进一步提高。因此,充实与完善光纤法-珀传感器的理论对提高其应用技术水平具有重要的意义。论文从光纤法-珀传感器的解调理论出发,对傅里叶变换解调的理论体系进行了研究,提出了光纤法-珀传感器的相关解调思想,并采用先进的嵌入式解决方案进行了嵌入式光纤法-珀解调系统的设计与研制。具体研究内容如下:(1)从傅里叶变换基本原理出发,建立了光纤法-珀传感器系统的严格理论模型,深入探讨了系统中几个主要参数对解调精度的影响,从而从理论上证明了傅里叶变换解调原理中,采用理想光源和双光束干涉近似模型的合理性,接着对傅里叶变换解调算法进行了深入研究,给出了一种实用插值算法,分析了对光谱输出数据不进行插值的可行性并从理论上证明了离散腔长变换解调算法的正确性。在此基础上,通过对腔长匹配解调系统的归纳总结,进一步提出了相关解调的理论,并对其实现方法进行了讨论。最后,对光纤法-珀传感器的复用信号特征及解调方法进行了分析。(2)基于相关解调的思路以及嵌入式技术,进行了嵌入式光纤法-珀解调系统的设计。为了实现系统低成本、高精度解调的要求,系统采用了硬件相关解调方案,利用光楔实现光纤法-珀传感器的腔长扫描和互相关运算;同时采用DSP技术,完成信号的采集、处理、存储与显示的嵌入式系统功能。论文对解调系统中的光路部分、硬件接口电路和软件实现三个方面进行了分析与设计,完成了光学系统的制作以及在DSP开发板上搭建出了光纤法-珀传感器系统的嵌入式实验系统。(3)对实验系统进行了标定、对单个传感器进行了加载、卸载实验;并进行了两
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 光纤传感器的特点
1.2 常用的光纤传感器
1.2.1 光纤法-珀传感器
1.2.2 迈克尔逊干涉型光纤传感器
1.2.3 光纤光栅传感器
1.3 光纤法-珀传感器的常用解调方法
1.3.1 强度解调法
1.3.2 相位解调法
1.4 课题研究的意义及主要内容
1.5 小结
2 光纤法-珀传感器变换解调原理研究
2.1 傅里叶变换解调
2.1.1 解调原理研究
2.1.2 实际光源对解调精度的影响
2.1.3 传感器端面反射率对解调精度的影响
2.1.4 算法研究
2.1.5 解调精度研究
2.1.6 离散腔长变换解调的理论及算法研究
2.2 相关解调
2.2.1 相关系数
2.2.2 相关解调原理研究
2.2.3 实现形式
2.3 光纤法-珀传感器复用信号的解调
2.3.1 复用信号特征
2.3.2 复用信号的解调
2.3.3 复用能力分析
2.4 小结
3 嵌入式光纤法-珀解调系统的设计
3.1 引言
3.2 嵌入式系统的总体结构
3.3 嵌入式光纤法-珀解调系统的要求及方案设计
3.4 嵌入式光纤法-珀解调系统的光学设计
3.4.1 方案分析
3.4.2 光楔的设计
3.4.3 光源的选择
3.4.4 光路设计
3.4.5 光电探测阵列的选择
3.5 嵌入式光纤法-珀解调系统的硬件电路设计
3.5.1 嵌入式处理器的选择
3.5.2 CCD 线阵驱动电路的设计
3.5.3 数据采集电路的设计
3.5.4 静态存储器的扩展
3.5.5 人机交互界面的设计
3.5.6 通讯及存储卡接口的设计
3.6 嵌入式光纤法-珀解调系统的软件设计
3.6.1 嵌入式操作系统的要求
3.6.2 嵌入式操作系统的选择
3.6.3 嵌入式操作系统的移植
3.6.4 系统程序的扩展
3.7 小结
4 实验及分析
4.1 系统标定
4.2 系统实验
4.3 性能分析
4.3.1 测量范围
4.3.2 测量精度分析
4.3.3 复用解调能力分析
4.4 小结
5 总结
致谢
参考文献
附录
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2006-12-05
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