论文部分内容阅读
自从FBG诞生到成熟地应用到工程上以来,精确的探测到反射波长的漂移量,对波长编码信号进行解调是FBG传感器的关键技术之一,要研究FBG传感器的解调技术,必须得面对四个问题的解决：其一,FBG是以光栅的波长作为传感媒介,通过波长漂移感知外界物理参量的变化,欲加宽测量范围就必须采用宽带光源,而欲提高分辨率就得压窄发射线宽(这必然会大大降低宽光源的功率利用率),这就面临着在采用小功率光源的情况下如何提高解调系统的灵敏度；其二,如何实现大动态范围、高精度、快速扫描频率；其三,交叉敏感问题不容忽视,即如何正确的区分波长漂移是由应力还是温度引起的；其四,欲提高检测灵敏度就必须采用高性能的单色仪或光谱仪,但这些仪器造价昂贵且不易携带,同时此类仪器不是专门为测温、应变所设计,不利于现场检测。能有效的解决上述问题,对于研制出廉价、高速、高分辨率、大动态范围、多通道多光栅复用、便于携带易操作的FBG传感解调系统具有重要意义。本课题拟在FBG传感技术上,就当前FBG反射谱波长信号解调方法的局限性和多样性,通过对系统前端反射谱中心频率光功率采样,选择多种信号处理系统,通过DSP数字信号处理器进行光谱曲线拟合,以提高系统的灵敏度和测量精度,采用人工神经网络算法优化交叉敏感误差,以FPGA平台的SOPC技术为高速数据传输核心功能,通过USB串行通信跟PC上位机进行数据交换,实现动态实时测量结果显示和基本操作,继而能够实现基于FPGA的DSP Builder和SOPC Builder双软核的高速多路FBG传感解调器。本文所做的工作主要体现在以下几点：1.基于可调谐F-P滤波器解调原理设计出来的使用I-MON光谱功率计对FBG反射谱波长进行探测,并通过曲线拟合的方案求取波长峰值点,提高测量的精度和灵敏度。2.重点分析FBG传感测量中温度-应力交叉敏感的形成机理以及对测量结果的影响,从而得出基于人工神经网络算法的交叉敏感优化方案,通过后向反馈系统加权错误学习,使得测量值尽可能把敏感值脱离出来,提高系统的分辨率。3.针对上述波长信号前段采集和测量的本质,采用嵌入式的软核DSP对浮点信号进行处理,提高系统的处理速度,并结合SOPC Builder的高综合性能,设计出基于FPGA平台的高速FBG传感解调系统。