多通道FP/FBG混合传感系统高速解调软件设计及其应用

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随着光纤传感技术的发展,点式光纤传感器因为抗电磁干扰、体积小、质量轻、具有良好的绝缘性等显著优点,已经被广泛应用在了交通、建筑、医学、航空航天等工业和军事领域,其中光纤FP传感器和FBG传感器应用最为广泛,但是发展的同时也依旧存在很多问题有待解决。比如工程项目中经常需要FP和FBG两种传感器同时使用,但是现有的点式光纤传感器解调系统大多是峰值解调,不能同时对FP传感器相位和FBG传感器波长进行解调;现有点式光纤传感器解调系统的解调精度、解调速度以及解调系统并行处理通道数还无法满足工程应用的需要等。因此改进和完善点式光纤传感器解调系统具有深刻的现实意义。本论文基于这个出发点,完成了系列工作,总结如下:(1)基于扫描式半导体激光器模块搭建了一套16通道的FP/FBG混合传感器解调硬件系统,其中光谱采集速度可达16通道并行的1000Hz。对解调软件系统做了详细的需求分析。对系统进行了传输数据格式设计、流程设计、界面设计等。提出了通道扩展方法,使基于16通道的解调系统可以搭建出32通道,48通道,64通道甚至更多通道的解调系统,并且分析了通道扩展技术的软件实现。(2)解调原始数据得到了FP传感器和FBG传感器的光谱信号。对珐珀传感器的光谱信号进行了低通滤波处理。通过FFT算法和CZT算法实现了对珐珀传感器的相位解调,并对两种算法的解调速度、解调精度和各自适用的场合进行了对比分析。对解调出的珐珀传感器相位进行了相位展开处理,解决了相位只能在[-π,π]之间变化的局限。使用滑动平均滤波算法对珐珀相位进行了滤波,减少了信号的波动。针对CZT算法的高耗时,使用多线程技术进行了优化,实现了对珐珀传感器相位解调精度为0.0001rad的情况下大于960Hz的解调速度。对FBG传感器进行了波长解调,并且分析了单个通道复用多支FBG的方法。分析了急剧升降温时对FP传感器的多项式拟合温度校准算法和查找关系映射表温度校准算法,使用C++STL中的map容器对查找关系映射表算法进行了实现。(3)在Visual C++集成开发环境下使用C++语言完成了解调软件的功能开发工作,使系统可以同时高速、高精度的解调FP传感器相位和FBG传感器波长。借助Measurement Studio 8.6和微软基础类库(Microsoft Foundation Classes)完成了软件图形显示界面的开发工作,使软件更加直观、友好。对软件进行了系统的功能测试、性能测试等,并且在实际应用场合对软件进行了大量测试。软件具有良好的稳定性和易用性,已经应用在了多个实际项目中。
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