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1、河北工程大学 硕士学位论文 基于DSP的光纤应变传感解调系统的设计 姓名：高峰 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：郎利影 2011-04 摘 要 I 摘 要 本文根据需要设计了用于解调采用白光干涉原理的 Fabry-Perot 光纤传感器 的信号解调系统。它具有稳定性好，分辨能力强，成本低和良好的抗干扰性能。 可以进行产品化，有很广泛的前景。 本文对白光干涉型光纤应变传感器的种类和原理进行了分析，介绍了数字信 号处理的现状，基于 DSP 信号处理器和微电子的信号处理设计了光纤传感器的多 路电信号解调系统。该系统主要将光纤应变传感器中的光信号转换成电信号之后 的电路设计，即从线
2、阵 CCD 输出之后的电信号开始进行设计。在该设计中前向通 道包括信号的预处理部分，多路信号开关转换模块，ADS805 采集模块，缓存模块， 电平转换模块等；数字信号器模块包含 DSP2812，时钟电路，电源电路和其辅助电 路等；后向通道包括报警模块，存储器模块，通信模块和 LCD 显示模块等。在系 统中采用了多路转换开关，从而能够对多路信号进行采集分析；采用了比较器模 块，使处理器只处理有效的像元信号，提高了数据处理的速度；采用了 DSP2812 处理器使其具有更快的处理能力来实现信号的实时处理和显示。 文中根据信号处理过程给出了主程序流程图， 根据采集信号的过程设计了 A/D 采集程序流程
3、图，以及进行串口通信的通信系统流程图等。并根据 DSP2812 的信 号处理算法，通过运用最大值法找出光强最强点，从而得到外界应变量的大小。 利用 protel99se 进行电路原理图设计开发、仿真，进而将其生成 PCB 图形进 行布线。软件编程采用 C 语言进行。 关键词：光纤信号处理；DSP2812；应变测量；白光干涉；解调 Abstract II Abstract The signal demodulation system of Fabry-Perot optical fiber sensors of the white light interference principle is
4、designed according to needed in this article. It has the good stability, strong resolution, cost low and good resistance to interference. It may carry on the production, has the very widespread prospect. The type and the principle of light interference optical fiber strain sensors have carried on th
5、e analysis in this article. Introduce digital signal processings present situation, and design the optical fiber sensors multi-channel electrical signal demodulation system which is based on the DSP signal processor and the micro electron signal processing. The circuit design of this system mainly a
6、ims at the process of the optical fiber strain sensors optical signal into electrical signal, namely the design starts from outputs electrical signal of the linear CCD to carry on. In this design forward channel include signal pretreatment part, the multi-channel signaling switches transform the mod
7、ule, the ADS805 gathering module, the buffer module, the level switch module and so on; The digital signal apparatus module contains DSP2812, the clock circuit, the power circuit and its auxiliary circuit and so on; Backward channel include warning module, memory module, connection module and LCD di
8、splay module and so on. The multi-channel change-over switches is used in the system, can thus carry on the gathering analysis to the multi-channel signals; the comparator module is used, causes the signal processor only to process the effective element signal, raise the data processing speed; Use t
9、he DSP2812 processor to enable the system to have the quicker handling ability to realize the signal real-time processing and the demonstration. In the article shows the master routine flow chart according to the signal processing process, design A/D gathering program flow diagram according to the g
10、athering signals process, as well as carries on the communications system flow chart of the serial port correspondence and so on. And according to the DSP2812 signal processing algorithm, design a maximum value law to discover most strong point of the luminous intensity, and then obtain the outside
11、strain capacity size. The electric circuit schematic diagram the design development and the simulation are carried on by using protel99se then produces the PCB graph of it to carry on the wiring. The software programming uses the C language to carry on. Keyword: Optical fiber signal processing; DSP2
12、812; strain-gauging; white light interference; demodulation 独创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河北工程大学河北工程大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果 由本人承担。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全
13、了解 河北工程大学河北工程大学 有关保留、使用学位论文的规 定。特授权 河北工程大学河北工程大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同 意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 导师签名： 签字日期： 年 月 日 第 1 章 绪 论 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题的研究意义 传感器技术是现代技术中应用最广泛的一种，也是当今信息时代应用最广 泛，将来最有前景的一种实用技术，是各个国家竞相发展的一个产业技术。而光
14、纤传感器则是近年来随着信息产业，模式识别，数字信号处理等技术发展起来的 一种新技术。光纤传感器产生于 1970 年前后1，但是它的发展确是最近 20 年的 时间最为迅速。 现在发达的资本主义国家都将传感器技术作为自己国家进行优先 发展的技术，比如美国，英国，德国，意大利等；我们的邻国日本也把传感器技 术作为其关键的技术进行研究发展。相比之下我们在上世纪 80 年代引入了光纤 传感器技术。目前我国光纤传感器的研究情况较国外的发展情况稍有落后，但是 近几年正是光纤传感器的热点时期，而且其前景十分广阔。现在我国已经把传感 器技术特别是光纤传感器技术列为国家科学技术需要优先发展的技术产业。 光纤 传感
15、器的作用就是根据光纤的某个或者某些物理特性用来检测来自外界所受到 的应变，温度等物理量，然后通过传感器解调装置得到这些外界信号的大小并进 行输出显示。这些数据将提供给观测人员或者研究人员，为其采取相关的应对措 施提供准确的数据基础。光纤传感器能够用于测量的物理量包括温度、电压、压 力、磁场、速度、转动、位移、流量等2。光纤传感器广泛的应用性使得其触角 已经遍布于国防科技，工农业生产，建筑结构，环境监测，航空航海，科学研究 等各个领域。我们可以使用光纤传感器进行桥梁检测3，确定其损毁情况并制定 相应措施；用来监测电力系统的发电传输，对于出现的异常情况给予警示并采取 保护措施等4。随着新技术的日益
16、更新和时代的飞速进步，我相信我们的光纤传 感器技术一定会有大幅度的进步。 光纤传感器的广泛应用曝露出了另外的一个问题就是光纤传感器信号的解 调问题。随着信息技术革命的不断深入和计算机技术的飞速发展，需要处理的传 感器信号数据量变的越来越复杂，越来越大5-6，对传感器信号解调系统的要求 也越来越高。信号处理技术逐渐成为一门非常重要的技术学科，特别是其中的数 字信号处理技术。数字信号处理器 DSP(Digital Signal Processor)的出现，一方面 极大的促进了数字信号处理技术的进一步发展； 另一方面也极大的拓展了数字信 号处理的应用领域，为光纤传感器信号处理算法的实现奠定了基础。如今，DSP 已经广泛地应用于计算机、通用数字信号处理、控制、通信、仪器、消费电子、 河北工程大学硕士学位论文 2 医学电子、军事等各个领域7。把 DSP 应用于光纤应变传感器的信号处理中， 这是 DSP 在测量检测领域的一个典型应用，并且为分布式光纤传感器测量系统 打下坚实的
