嵌入式光纤位移传感器及其信号处理电路的研究与实现

现代工业技术的发展,对微位移测量的精度和方式提出了更多、更高的要求,与此同时随着光纤传感技术的发展,光纤传感器以其无可比拟的优势应用到各个方面。为此,在查阅了有关资料,了解国内外微位移测量,尤其是反射式强度调制型光纤微位移测量的现状和发展基础之上,本文论述了一种小型的嵌入式强度调制型光纤微位移传感器的研制,给出了传感器的总体设计方案,并就传感器中的探头、调制光源与驱动,光电转换与接收、微弱信号处理、微控制器及其软件设计等各个功能模块分别作了介绍。 在传感器的设计中,为了减小误差,消除共模干扰如外界环境的影响,本文采用改进型反射式传感器,即增加一路反射光纤作为参考光路。当传感器的探头部分被确定下来后,整个传感器系统能否工作正常、能否达到预设的精度,就完全取决于后续的信号处理电路了。在文中的信号处理电路中,除了用常规的硬件来实现微弱信号处理即前置放大、带通滤波、相敏检波、低通滤波等功能以保证传感器系统误差小,具有较强的抗扰能力和很高的精度外,为了克服某些硬件电路的缺点如:电路一旦固定、难以更改; 无法进行微调; 价格昂贵等,本课题尝试将传感器传来的两路模拟信号经过前述的相关处理后送入嵌入式微控制器ADuC812 中,然后再在微控制器中通过软件的方法进行处理,来实现两路信号相除、电压位移曲线的线性化处理、以及标准电压的输出等功能,这样,就可以让软件分担一部分硬件的功能,用于弥补因完全采用硬件处理所产生的不足,提高灵活性,降低成本。另外,由于采用了高性能的微控制器,使传感器系统具有自检、自校正等功能,使传感器具有智能因素。 为了验证设计效果,对文中传感器作了实测,给出了实测数据电压位移曲线,试验表明此传感器达到了设计要求。