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基于ARM的嵌入式光纤光栅振动检测系统

魏文星  
【摘要】: 在高速发展的现代社会中,越来越多的工程领域需要对振动问题进行分析和处理。合理的分析处理振动问题可以帮助人们制造优良的机械,设计安全的建筑结构,减小振动带来的负面影响等。电学式测量方法是目前对振动信号检测的主要方法,但是电学式测量方法需要考虑系统绝缘、防电磁干扰等问题,因此在环境比较恶劣、对安全要求比较高的场合其应用受到限制。光纤光栅传感器因具有结构简单、测量精度高、本质安全、抗电磁干扰、易于形成传感网络等优点成为近几年发展最为迅速的传感器件。 本文在对光纤光栅传感及解调技术研究的基础上,结合嵌入式技术设计了一套基于ARM的嵌入式光纤光栅振动检测系统,为复杂环境中对振动信号的检测问题提供了一个切实易行的解决方案。论文主要内容如下: 首先,从光纤光栅的耦合模理论入手,研究了光纤光栅的传感原理,分析了光纤光栅测量应变的数学模型;以此理论为基础设计了测量振动信号的光纤光栅加速度传感器;分析比较目前几种常用的光纤光栅传感解调技术,设计了基于匹配光栅解调法的解调光路,并对所设计的光路进行实验分析。 然后,针对光纤光栅传感系统中光信号微弱的特点设计了信号调理电路,整个信号调理电路包括光电转换电路、信号放大电路、滤波电路等部分,完成将光信号转化为电信号的工作。为了保证光纤传感系统的精度和稳定性,在电路设计时,采取相应的措施对各方面干扰进行有效抑制。 另外,使用ARM内核的LPC2210芯片作为处理器,结合外部扩展的硬件资源,以μC/OS-Ⅱ实时嵌入式操作系统为平台进行应用程序开发,完成振动信号采样、人机交互、网络通讯等功能,使整个振动检测系统初步具有数字化、智能化、网络化的特点。 最后,利用实验室资源搭建实验平台,使用稳态正弦激振法和瞬态激振法对整个系统进行测试,验证系统的可靠性和稳定性,并对实验结果进行分析和总结。


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