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英亚体育APP_分布式光纤Bragg光栅传感器的应用与研究
本文摘要:概要:随着电子技术的飞速发展,人们生活水平的大大提升,更加多的高新技术应用于到生活,服务于人们的生活沦为社会发展必定的趋势。

概要:随着电子技术的飞速发展,人们生活水平的大大提升,更加多的高新技术应用于到生活,服务于人们的生活沦为社会发展必定的趋势。传感器作为智能系统的“感官”扮演者更加最重要的角色,只有确保感觉而来信息准确无误劣、平稳而不间断沦为确保智能系统倒数有效地运营的前提。光纤传感技术融合光纤特有的性质无论是在准确性、稳定性、抗干扰能力还是在价格成本等方面具备较小的优势从而很快沦为传感领域研究的焦点。

   本文详尽的讲解了光纤Bragg光栅传感器的特点以及传感系统的构成,在理论上证明了光纤Bragg光栅传感系统的可行性,融合光纤Bragg光栅传感系统的特性,使用体积小、成本低、精度和分辨率较高的可回声光纤F-P滤波器检测法方法作为本系统的调制方法。以韩国三星公司发售的S3C2440A芯片居多触核心和操作系统以C语言和汇编语言已完成光纤Bragg光栅传感系统的编程构建。   本文设计的光纤Bragg传感系统,除了具备光纤的优点以外,还具备特定的滤波特性,在有所不同的监测环境条件下对各种待测参量具备很高的号召灵敏度,融合复用技术,可以在同一根光纤上载入多个光栅,构建对待测参量高精度、低平稳、高质量的分布式测量及监控。

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图[76]表格[10]参[52]关键词:光纤Bragg光栅;F-P滤波器;S3C2440A;;复用技术分类号:TP3151绪论1.1研究背景及意义   传感技术作为智能系统中的“感官”在大大推成出有新的信息产业中扮演着更加最重要的角色,对外界大量的信息展开准确的搜集并且大大的改版确保信息反馈沦为系统安全平稳运作的前提。对于在机械、电子、测量、掌控等领域,传感器是必不可少的关键部件。比如说如果没传感器,那么我们所必须的各种检测信息从何而来,这样一来承托现代人类文明的科学技术就无法获得发展,整体人类社会也不会因此停滞不前,惟有作为“大脑”的计算机技术和“感官”的传感器技术协调发展才能增进科学技术的大大发展变革。

传感器早已不存在于人类生活的各个领域,为此,在80年代初期,发达国家就早已对传感器在科技领域的起到展开了新的评估,美国的80年代被称作传感器时代,同时把传感器技术列入90年代中最重要的关键技术之一,日本也曾把传感技术列入科研领域十大技术之首,在我国的“863计划”、“科技攻关”等计划中也把传感器的研究放到最重要方位。   传感器的定义是:感觉并且拒绝接受到特定规律的的某种信号并且可以将这种信号切换为能用信号的一种装置。在一般情况下,传感器由脆弱部分以及将适当规律信号切换为能用信号的电子线路构成。

光纤传感器是70年代起预示着光纤通信技术的飞速发展而发展一起的一种新型的传感器,经过30多年的大大研究发展早已获得了相当大的变革,各种各样种类多样的光纤传感器被研发出来并应用于到实际生活当中。传统的传感器以电信号为载体,利用导线展开信号传输,因此不会受到各种外界坏境的阻碍,例如不会受到强磁、高温、高压等的影响,而光纤传感器则以光为传输载体,有体积小、轻巧、灵敏度低,外用电磁干扰、电绝缘性能好等特点,利用光信号传输的特殊性,可以限于在高温、高压、强劲腐蚀性、低发生爆炸危险性的检测环境中,可以对温度、压力、偏移等各种待测量展开高精度测量。   自1970年第一根光纤被制作出来应用于到实际工程当中以来,检测振动、压力、加速度、温度等候测量的光纤传感器陆续被研发出来。

1989年光纤光栅首次被引进做到传感后,引发来各方面的普遍注目,各国政府都投放了大量的人力、物力、资金回应展开了了解细心的研究,光纤光栅作为一个传感元器件,它不具备一般电传感器无法比拟的优点:   (1)光纤光栅传感器较普通传感器在强劲阻碍和强劲生锈的检测环境下具备无可比拟的优势,更为合适在险恶的环境下工作;同时对黯淡信号的处置上可以构建实时处理和长距离准确传输;光纤光栅传感频带长、动态范围大而且测量精度和灵敏度低,更容易埋或吸附结构体表面,可以动态获取结构体安全性等方面的信息。   由于光的波长是光的一种固有属性,对于被检测的信息展开使用波长展开编码,其待测信息不受到光源功率、光纤倾斜以及其他元器件老化等因素的影响,不具备较高的精确和稳定性。

   (3)光纤光栅结构非常简单,尺寸较小所以适用范围很广,尤其针对一些大型的结构或者智能系统,可以对其内部的温度、压力等参量展开高分辨率的精准测量。   (4)光纤网络的不具备很强的适配性,在同一根光纤上可以加装多个独立国家的光纤光栅,多个光栅构成的传感网络可以构建对待测量动态的分布式测量。   光纤光栅传感器以其独有的优势经过持续大大的发展早已沦为了光纤通信系统中不可或缺的组成部分。

近年来,人们的研究热点开始从成熟期的光纤通信技术向光纤传感技术移往。由于其独有的优点和市场辽阔的发展前景,光纤传感器飞跃发展,且展现十分辽阔的前景。1.2光纤传感器国内外发展现状   光纤光栅的经常出现使得一些比较复杂的传感网络以及光纤的分布式通信的构建沦为了有可能,同时作为一种光学的无源器件,相当大程度上拓宽了光纤技术发展应用于的范围。

近年来对光纤光栅的研究发展到很多领域,如光纤光栅激光器、分连接器器和波分复用器的研究等,并且硕果累累。由于其对待测信息强劲的摄入功能,光纤光栅在传感器领域堪称普遍的被应用于且沦为了研究的焦点。

主要的研究内容主要还包括以下几个方面的:对病人排便亲率,身体温度,对身体状况展开监测;构建水下监听功能;对正在飞行中的巡航导弹展开动态检测;飞行中等飞行器在飞行中过程中对其中组件结构完整性以及突发事件情况的监测;利用光纤光栅传感器映射或者把持大型结构工程物体表面以及框架结构内部构建对待测量的分布式测量;对桥梁、大坝、楼房等大型建筑构建多点监测;构建对地震、海啸、山体滑坡等自然灾害的监测预警等。   国际上,美国、德国、加拿大、澳大利亚、、英国等一些西方的发达国家及日本、韩国等一些亚洲国家十分重视光纤光栅并且想方设法的不断扩大自身在光通讯领域的优势并投放大量的资金用作光纤光栅传感技术的研发,因此,他们的光纤传感技术仍然处在世界领先的地位。在美国主要参予研究光纤光栅的有:美国国家航天航空管理局(NASA)所属的大型研究实验室(LargerresearchLab.)、国家海军实验室(NRL)、微光(MicronOptics)公司所属光纤通讯研发实验室等;在英国有多所大学参予到其中,还包括知名的伦敦城市大学、肯特大学以及SmartFibers公司等;此外韩国的国家光纤研究中心以及加拿大的PhotonicsResearch公司等都是世界知名的光纤光栅研究机构。在光纤光栅的检测系统中,突发事件和温度为最基础的传感变量,通过他们可以对多种不同的参量展开监测,多达由光纤光栅包含的传感器可以监测的待测量多达70多个,如电压、电流、折射率、温度、应力等。

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其中有很多监测技术早已十分成熟期,早已应用于到实际当中了。美国的新墨西哥州在1988年创建的LasCruces10号州际高速公路上就加装了多达两百多个光纤光栅传感器,某种程度可以监测往来车辆的多少,同时可以计算出来通过本段路面车辆的重量和速度。

在西欧,光纤光栅在实际中也被普遍的应用于,1995年瑞士国家实验室公布了一项将更加多的将光纤光栅传感器技术应用于到民用的计划,同年光纤技术被应用于与民用建筑,目的提升民用设施的安全性。法国在1996年公布的研究计划中,明确指出将光纤光栅传感系统应用于到核监测当中。与此同时,比利时、德国、西班牙等国家牵头研发了一种基于光纤Bragg传感器的矿井定分布式监测系统。葡萄牙的光研究中心则将光纤光栅传感器应用于在智能机器人感应器系统中。

丹麦的D.R.Hjelme等人则将光纤光栅传感器用在检测由新型复合材料做成的舰艇抗风能力上。在亚洲,日本很多年前就早已将光纤光栅传感技术应用于到核电设备的监测系统中,完备了核电设备的监控系统。

总之,国外在光纤光栅领域的研究发展很快且早已走在了前面。   在国内,从80年代起,传感技术早已被列为国家工业园重点技术。

在其中,光纤光栅堪称占有着十分最重要的地位。因为我国在光纤领域研发时间过于宽,在前期投放资金不足,导致我国的光纤光栅传感技术比较领先于发达国家。但是,近年来,在国家863计划、国家大自然基金以及其他各种专项基金的反对下,国内在光纤光栅传感领域获得了较慢的发展。

以中国科学研究院半导体研究所,上海光电研究为代表的科研机构早已构成了原始的光纤光栅的传感理论,在在光波传输规律、光栅光敏特性上都有十分了解的研究。而在传感方面,国内各所高校针对有所不同的市场需求也获得了很多阶段性的成果,如清华大学、南开大学、武汉理工大学等。这些成果指出我国的光纤传感技术正在很快的发展中,但是很多光纤光栅的核心技术工艺与世界先进设备技术之间还是不存在极大的差距,很多光纤传感技术并没应用于到实际工程实践中当中,大部分还局限在实验室的范围内。

因此,现阶段对光纤光栅技术的研究是将研究出有的成果应用于到实际应用于当中去,引人注目光纤技术的实用性。同时调制技术作为光纤光栅传感系统的核心技术关键,必须我们更为深入细致的研究。

时至今日,随着电子技术的发展应用于,各种微处理器如单片机、ARM、DSP、FPGA不断涌现,为中小型控制系统发展起着关键作用。嵌入式的引进在相当大程度上加快和反对光纤光栅传感器的发展,也为光纤传感传感的调制技术修筑了一个新的方向。

研究研发出有限于与有所不同环境的光纤调制技术很大的推展了光纤光栅传感技术实际化发展,具备十分根本性的意义。1.3本文研究的主要内容以及主要工作7结论与未来发展7.1论文总结   本文利用光纤光栅的卓越性能设计出有一种基于光纤Bragg光栅的新型传感系统,该系统某种程度享有传统的传感器的一切优点,并且融合了光纤的特点以后无论在监测的稳定性,连续性,都获得以大大的提升,以S3C2440为核心的数据采集调制系统可以在仅次于程度上保证监测数据的准确性。本文重点对光纤Bragg传感系统的原理,光纤Bragg传感系统的整体设计和硬件电路展开了了解的研究,使用ARM居多触核心,使得整个系统高性能、低功耗、低成本,同时对ARM平台的软硬件展开了设计,最后在ADS1.2构建环境平台上构建对系统的编程构建。   本文有三个创意点:   1.本文提到了先进设备的光纤技术,融合光纤的特性的光纤Bragg传感器具备体积小、质量重、抗干扰能力强劲的特点,可以构建在各种险恶监测环境条件下的分布式测量。

   2.系统使用的可回声光纤F-P滤波器调制方法不仅检测精度以及分辨率较高,而且其体积小,灵敏度低,成本低的优势相比与其他多种调制方案更为合适在实际工程中被使用。   3.本文设计基于ARM的数据采集与调制系统,利用ARM处理器处理速度慢,处置精度高等特点,因应各种外围电路在系统调制系统中当作主控核心,通过非常简单的测试,为光纤传感系统的实际应用于累积了非常丰富的经验。

7.2不存在的严重不足与未来发展  光纤Bragg光栅传感器是目前传感领域研究的焦点之一,主要问题在于一个传感系统当中光纤检测单元比较较较少从而导致系统的整体过低,所以光纤的复用技术和适当调制技术沦为了容许光纤传感技术的关键技术。   本文对光纤Bragg传感器的应用于设计作出了了解的研究,对实验结果展开了测试分析,由于研究水平、时间以及实验条件的约束,仍然不存在着一些不足之处,有以下几点:  1.本文只是对光纤Bragg光栅展开了理论上的研究,但是由于设备的原因没办法在光纤Bragg光栅的成栅和生产过程当中收集适当的数据,明确理解光栅的特性。

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   2.由于时间的原因,本系统只是在S3C2440A创建的平台上构建了检测功能的构建,在实际应用于过程中必须更进一步的深化和改良。   3.光纤传感系统可以用于在各种危险性险恶的检测环境下,而实验室的检测环境只是在实验室内部的理想环境下展开的,试验的数据以及各试验波形图的收集都是在理想环境条件下产生的,若在实际环境条件下必定不存在着各种阻碍从而带给误差,为了可以更进一步的对光纤系统展开研究,必须在各种检测环境中展开研究。   本文设计的光纤监测系统,具备很高的检测精度,体积小、质量重、成本低可以在各种监测环境下已完成检测任务,在一些较小牵涉到人生安全性的系统当中对于提升系统的安全性型能具有最重要的意义。

随着电子技术,芯片构建技术、光纤技术的大大的发展,光纤传感技术在传感领域的地位将获得大大的提升,其在工业、交通、航天、矿井管理等方面将不会获得更加普遍的应用于。参考文献[1]靳伟,阮双琛等.光纤传感技术新的发展[M].科学出版社,2005.[2]赵勇编著.光纤传感原理与应用于技术[M].北京:清华大学出版社[M],2007.8[3]王爱英主编.智能卡技术(第三版)-IC卡与RFID标签[M].北京:清华大学出版社,2009[4]李宏.分布式光纤Bragg光栅传感器调制技术的研究[D].。


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