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从上世纪60年代第一根光纤制造开始,光纤在通信领域大量应用的同时,光纤传感也成为了研究重点技术。光纤传感器凭借其质量轻、体积小、损耗小、抗干扰、抗腐蚀、精度高、组网结构简单等优点,在军事、民用、工业、医疗等众多领域中被大量应用。其中,光纤布拉格光栅是其中应用最为广泛的光纤传感器。 本文根据光纤布拉格光栅(FBG)传感理论和解调特点,设计并制作了基于STM32的FBG传感解调系统。系统以FBG作为传感敏感器件,STM32作为运算处理器,通过对光纤光栅反射光谱携带的传感信号的解调,可应用于实际环境中的温度或者应变的准静态物理量测量。 样机以集成Cortex-M3的STM32f103为核心处理器,采用激光器扫频的方法实现FBG中心波长的解调。系统解调仪内部主要由电源,可调谐脉冲扫频激光器,三端光环形器,PIN管,液晶显示屏,按键控制,开关,指示灯和通信串口等部分组成。可实现单通道测量,根据激光器频谱带宽,理论上每个通道可以串联30个左右的FBG传感器。对硬件升级后八路同时测量,一次扫频可以实现240个传感节点的测量。 本文主要研究内容包括以下几个部分: (1)介绍光纤布拉格光栅的发展,针对光栅特性在不同应用场合的使用,列举了光纤光栅波长解调技术的研究成果,根据如何实现对FBG中心波长编码的解调问题,对比和分析了不同的波长解调方案,提出最佳解调方案。 (2)利用耦合波理论分析FBG的基本光学特性,研究光纤光栅的传感原理,根据GM820009快速扫描可调谐激光光源特性,设计简单、实用、稳定的光纤光栅传感测量光路结构。 (3)根据光路结构,设计光纤光栅解调系统结构,硬件设计部分设计电路和光路两个部分,光路作为外界物理量的感知和传输结构,电路实现处理器的正常运行光信号的转换。软件设计部分实现系统人机交互的控制,解调运算和指令实时的处理。 (4)最后完成了样机的搭建和测试,完成了传感器的定标和误差测试实验。通过相关工作的总结,分析系统的优缺点,为系统升级提供理论支持。