基于MEMS扫描激光器的光纤光栅解调仪软件设计

发布时间：2017-07-01 12:10

  本文关键词：基于MEMS扫描激光器的光纤光栅解调仪软件设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光纤光栅传感器可以测量应变、温度和加速度等多种物理量。与传统传感器相比,光纤光栅传感器具有高灵敏度、体积小、质量轻、抗电磁干扰等优点,越来越受到人们的关注。光纤光栅的波长解调是实现光纤光栅传感的关键,波长解调的精度直接影响整个传感系统的检测精度。目前市场上已有一些基于不同解调技术的解调系统,但是这些产品要么价格昂贵,要么功能单一、精度低,高分辨率,低成本、高稳定性的光纤光栅解调系统的研究具有重要的现实意义。本论文的主要研究内容如下:(1)详细介绍了目前常用的几种光纤光栅解调技术及其工作原理,并对这几种解调方法进行分析比较,对比其优缺点提出了基于扫描激光器的解调方法。(2)设计并编写了基于MEMS扫描激光器的光纤光栅解调仪软件。首先简介了采用的开发软件——C++builder;然后简单介绍了USB通信协议的原理以及本论文的USB驱动的核心函数以及具体实现过程,最后具体介绍了本解调系统三种工作模式下的通信协议及其实现方式。(3)设计了解调算法。介绍了几种不同的拟合方法及其原理。用Matlab分别利用高斯拟合、多项式拟合、三次样条拟合等不同的拟合方法对数据进行拟合,发现用高斯拟合算法来进行拟合,效果最好,精度最高。最后利用基于非线性最小二乘优化算法(LM算法)的高斯拟合算法实现了光纤光栅的解调,解调分辨率达到了1.72pm。综上所述,本文实现了基于MEMS扫描激光器的光纤光栅解调仪的软件设计,该解调仪低成本、解调速度快、精度和稳定性高。
【关键词】：光纤光栅传感器 解调仪 激光扫描 拟合算法
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP311.52;TP212;TN253
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-20
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 光纤光栅发展概况14-18
• 1.2.1 光纤光栅的分类15-17
• 1.2.2 光纤光栅的应用17-18
• 1.3 本文主要研究内容及意义18-20
• 1.3.1 本文主要的研究内容和其结构安排18-19
• 1.3.2 意义19-20
• 2 光纤光栅传感原理及解调技术20-31
• 2.1 光纤光栅传感原理20-24
• 2.1.1 光纤光栅应变传感原理21-22
• 2.1.2 光纤光栅温度传感原理22-23
• 2.1.3 光纤光栅温度和应变交叉敏感问题23-24
• 2.2 光纤光栅的信号解调技术24-29
• 2.2.1 光谱仪解调法24-25
• 2.2.2 边缘滤波器法25-26
• 2.2.3 可调谐滤波器法26-27
• 2.2.4 非平衡MZ干涉解调法27-28
• 2.2.5 匹配光栅解调法28-29
• 2.3 基于MEMS扫描激光器简介29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 系统架构设计31-35
• 3.1 系统整体架构31-32
• 3.2 系统软件设计32-34
• 3.2.1 软件开发工具32
• 3.2.2 软件实现功能32-34
• 3.3 本章总结34-35
• 4 系统通信协议35-48
• 4.1 USB通信协议35-38
• 4.1.1 USB系统的基本架构35-36
• 4.1.2 USB总线拓扑结构36-37
• 4.1.3 包37-38
• 4.2 USB驱动38-42
• 4.2.1 libusb介绍38-39
• 4.2.2 libusb核心函数39-40
• 4.2.3 实例40-42
• 4.3 工作模式42-47
• 4.3.1 数据包格式42
• 4.3.2 解调仪42-45
• 4.3.3 光谱仪45-46
• 4.3.4 激光器46-47
• 4.4 本章总结47-48
• 5 高斯拟合算法48-62
• 5.0 解调原理48-49
• 5.1 拟合算法49-52
• 5.1.1 最小二乘法原理49
• 5.1.2 线性拟合49-50
• 5.1.3 多项式曲线拟合50-51
• 5.1.4 高斯拟合51-52
• 5.2 实验结果及其分析52-58
• 5.3 高斯拟合算法的实现58-61
• 5.4 本章小结61-62
• 6 总结与展望62-64
• 6.1 主要工作和结论62
• 6.2 改进与展望62-64
• 参考文献64-68
• 作者简历68

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