光纤光栅电流传感器的研究

论文摘要

光纤光栅具有稳定性好、动态范围广、抗电磁干扰、测量范围大等许多优点,近年来在各个领域得到了广泛的研究与应用。其中之一就是光纤光栅电流传感器的研究。光纤光栅电流传感器具有体积小、绝缘性好、抗电磁干扰等诸多优点,在电力系统的高电压及大电流测量上有广阔的应用前景,已成为目前研究的一个热点。本文首先介绍了光纤光栅电流传感器的研究现状及光纤光栅的一些特点,然后论证了传感装置的传感原理并给出了传感装置的结构图。选用了解调电路后,为了更好的对信号进行处理,本文设计了以DSP(TMS320VC5402)为核心、单片机为辅助芯片的信号处理系统,介绍了该系统的硬件电路原理图及PCB的设计,同时详细介绍了信号处理系统的软件设计。硬件电路包括放大电路、AD转换、LCD显示电路、DSP部分电路及单片机部分的相关电路。DSP负责数据采集和处理,单片机(MCU)负责控制解调电路中的步进电机,以便很好的解调光纤光栅的波长信号。软件部分包括数据采集、HPI通讯、SPI通讯、显示程序及步进电机驱动程序等程序来实现对信号的处理。进行了传感光栅的应变特性实验、匹配光栅的步进电机的调谐实验以及传感光栅的解调实验。搭建了光纤光栅电流传感器的信号处理系统的实验平台。实验结果表明,该系统能够稳定准确的工作。在对所做工作进行了总结之后,最后在实验数据的误差及精度改进方面,提出了下一步的研究工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究发展状况
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 光纤光栅传感器
• 1.4 目前存在的问题
• 1.5 课题研究的主要内容
• 第二章 光纤光栅电流传感器系统方案
• 2.1 系统方案的设计
• 2.2 传感装置的结构设计
• 2.3 传感装置的理论分析
• 2.3.1 毛细钢管形变条件的理论计算
• 2.3.2 磁力大小的理论计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 信号处理系统的硬件电路设计
• 3.1 信号处理系统的总体设计
• 3.2 放大电路设计
• 3.3 AD转换电路设计
• 3.4 单片机电路设计
• 3.5 DSP的HPI通讯电路设计
• 3.6 SPI通讯电路设计
• 3.7 外部扩展FLASH电路设计
• 3.8 显示电路设计
• 3.9 PCB设计
• 3.10 本章小结
• 第四章 系统的软件设计
• 4.1 CCS软件的安装
• 4.2 Keil C51软件
• 4.3 系统整体软件设计
• 4.3.1 AD转换的软件设计
• 4.3.2 SPI通讯程序的设计
• 4.3.3 HPI通讯程序的设计
• 4.3.4 LCD1602显示程序的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 电路调试及系统实验
• 5.1 硬件电路调试
• 5.1.1 放大电路的调试
• 5.1.2 AD转换电路的调试
• 5.1.3 SPI通讯的调试
• 5.2 步进电机的调谐实验
• 5.3 光纤光栅应变实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录A 原理图与PCB图
• 附录B 软件设计程序代码
• 在学研究成果
• 致谢