基于压电陶瓷的布拉格光纤光栅匹配测温系统

发布时间：2017-09-04 10:35

  本文关键词：基于压电陶瓷的布拉格光纤光栅匹配测温系统

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【摘要】：布拉格光纤光栅(FBG)传感器因其抗干扰能力强、耐腐蚀、无缘性、易于组网等得优点,受到国内外越来越多研究人员的重视。但是FBG的传感信号解调的难度大,成本高。本文设计了一种基于压电陶瓷的FBG解调系统,具有成本低,结构简单,解调精度高等的优点。本文研究的内容主要有以下几个方面:首先,分析了国内外FBG的发展历程,介绍了FBG传感的优势,对FBG的发展前景进行了展望;结合FBG的耦合模式理论,对FBG温度和应力的传感模型就行了深入的分析;并且对几种传统的FBG解调方式进行了详细的论述比较,根据实际需求选择了基于压电陶瓷的FBG解调方式。其次,对压电陶瓷的特性进行了深入的分析研究,选择了中心波长为1560nm的FBG作为系统的测量光栅,将FBG粘贴于压电陶上,通过对压电陶瓷施加锯齿波电压,可以得到不同的驱动电压对应的FBG中心波长。并且对光电转换模块、电源模块、信号处理模块等进行了设计验证。再次,对嵌入式平台STM32进行了详细的论述,对STM32的数据处理流程进行了比较详细的说明,对STM32平台的AD转换模块和LCD显示控制模块进行了比较详细的介绍,能够通过电压-温度算法在LCD上对测得的温度进行显示。最后对整体系统进行实验验证,实验结果表明系统具有较高的测量精度,稳定性良好,能够应用到实际测温系统中,具有一定的实用价值。
【关键词】：FBG 解调 压电陶瓷 STM32
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH811;TN253
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 引言9-10
• 1.2 FBG国内外研究现状10-11
• 1.3 FBG传感技术的研究意义11-12
• 1.4 课题主要研究内容12-13
• 第2章 FBG传感机理及常见解调方法13-25
• 2.1 FBG传感理论基础13-16
• 2.2 FBG的传感机理16-19
• 2.2.1 FBG的传感原理16
• 2.2.2 温度-中心波长的传感模型16-17
• 2.2.3 应力-中心波长的传感模型17-19
• 2.3 FBG的常用解调方法19-23
• 2.3.1 光谱仪解调法19
• 2.3.2 光纤法布里-珀罗可调滤波器解调法19-20
• 2.3.3 边缘滤波法20-21
• 2.3.4 非平衡M-Z干涉仪解调法21-22
• 2.3.5 可调谐窄带激光器解调法22-23
• 2.3.6 匹配解调法23
• 2.4 本章小结23-25
• 第3章 FBG解调系统设计方案25-40
• 3.1 系统方案设计25-26
• 3.2 解调系统26-39
• 3.2.1 压电陶瓷特性26-27
• 3.2.2 宽带光源的选择27-29
• 3.2.3 光电探测器模块29-30
• 3.2.4 FBG的选择30-31
• 3.2.5 压电陶瓷驱动电源31-36
• 3.2.6 系统电源的设计36-38
• 3.2.7 光电信号转换电路设计38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 嵌入式系统设计40-46
• 4.1 嵌入式系统简介40-41
• 4.2 FBG解调系统核心处理器41-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第5章 FBG解调系统性能分析46-50
• 5.1 实验样机46
• 5.2 FBG解调系统精度和稳定性测试46-48
• 5.3 本章总结48-50
• 结论50-51
• 参考文献51-56
• 致谢56-57
• 作者简介57

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本文编号：791015