基于光纤布拉格光栅的称重式蒸渗仪解调系统研究

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蒸渗仪用于测定农田作物蒸腾蒸发量,研究作物的耗水规律等,在农田水文研究方面起重要作用。称重式蒸渗仪依靠高精度的称重仪器进行测量,因此,开发精度高,造价低,抗干扰能力强的称重系统对于称重式蒸渗仪的发展有一定的推动作用。  光纤布拉格光栅传感器用于称重领域具有耐恶劣环境,抗噪声电磁干扰,使用安全,测量精度高等诸多优点,但传统的解调仪器价格昂贵,制约了其进一步发展。所以,研究低成本高精度的解调系统是未来光纤布拉格光栅传感器发展的关键。本文旨在为光纤布拉格光栅称重传感器设计低成本的光栅解调系统,实现称重的直接显示,为实现FBG称重传感器在蒸渗仪上的应用打下基础。  论文首先研究了国内外光纤布拉格光栅解调技术的进展,以光纤光栅传感机理为指导,仿真反射光谱,建立温度缓慢变化和均匀轴向应变作用下的光纤布拉格光栅的传感模型,为解调方案提供理论依据。  其次,深入探讨了几种典型的光纤光栅解调技术,分析其优劣,在此基础上设计了基于LabVIEW的匹配光纤布拉格光栅解调方案,该方案采用透射式匹配光栅解调方法实现称重传感器的载重测量。详细介绍了解调称重系统,包括整体方案和软硬件的实现,采用软件手段进行温度补偿,利用压电陶瓷控制匹配光纤布拉格光栅的扫描波长,对压电陶瓷施加优化后的三角波驱动信号,可将传感信号的测量转换为时间间隔的计算,简化了解调程序。利用LabVIEW编程实现了信号采集、软件滤波、数据处理和测量结果显示。  最后,搭建完整的解调系统,进行了温补标定和称重标定实验,并进行系统温度敏感性实验、系统重复性实验和解调称重实验,得到的结果与理论分析一致,验证了解调称重系统的可行性和正确性,该系统分辨率达到3g,称重解调范围达到2100g。
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