基于DSP的大量程高速光纤光栅传感解调装置与解调方法

摘要

基于DSP的大量程高速光纤光栅传感解调方法与解调装置，利用薄膜滤波技术实现信号解调。使用DSP专用处理电路对该信号进行高速实时的信号采集和处理。装置采用对数放大加差动放大的方法，获得两路信号的比值。后端使用DSP进行高速实时的信号采集和处理，将采样结果带入非线性拟合曲线获得应变值，在CPLD的控制下通过网口直接将结果传到计算机。也可由CPLD控制专用USB接口进行信号传输。本发明能进行实时动态和静态测量，测量速度快灵敏度高，并且具有实时性和高速性的优点。处理数据可以通过USB接口和网线，两种传输方式传入计算机，支持即插即用，可实现长距离传输，方便不同需求的用户使用。

主权项

1、一种基于DSP的大量程高速光纤光栅传感解调方法，其特征是提供一种新的数学模型和解调方法即利用薄膜滤波器CWDM的线性和非线性部分进行信号解调，扩大装置的量程并提高了系统精度，利用DSP对非线性结果进行高速分析处理.提高薄膜滤波器的解调带宽和系统处理速度；具体实现方法为：第一、将光源发出的宽带光通过耦合器传到光纤光栅传感器；第二、经光纤光栅传感器的反射光谱满足：λB＝2neffΛ式中，Λ为光栅周期，n为纤芯有效折射率；外界待测量如应变的扰动会引起光纤光栅的折射率及光纤光栅周期的变化，进而使光纤光栅的Bragg反射波长漂移，通过薄膜滤波器解调波长的漂移量，即可获知温度值或应力变化值；薄膜滤波器对信号光波进行解调，将其分为强度不同的透射光和反射光两部分，其中透射端光强随入射波长变化很大，作为测量信号，反射端的光强随入射波长变化很小，作为参考信号；参考信号的引入消除了由于光源和光纤连接器所带来的光强波动对测量结果的影响；第三、薄膜滤波器输出的两路光强信号经PIN光电探测器转换为电信号，再经对数差动放大，差动电压满足：$\Delta V^{\prime }=10{\log }_{10}\frac{P_1}{P_2}=K_P\left(\lambda \right)$式中，P1为测量信号的光功率、P2为参考信号的光功率；差动电压模拟信号由带有精密稳压模块的A/D转换电路变为数字信号送入DSP；第四、DSP对数字信号进行高速的本地实时处理，将采样信号带入非线性拟合曲线并通过简单线性变换，最终获得应变数值；第五、处理结果经网络接口芯片传入计算机，或者由CPLD控制USB芯片工作于从FIFO模式下进行半满数据传输，进入计算机。