光纤光栅传感器作为光纤无源器件,因具有感测和传输双重功能而受到广泛关注,其核心技术之一是波长解调。研究并实现了一套基于ARM与C#.Net的光纤光栅数据解调系统,系统分为硬件和软件两大部分。硬件系统包括宽带光源、光路系统和电路系统三部分,通过ARM控制整个硬件系统进行波长解调、数据传输。软件系统是基于C#开发的C/S架构的上位机软件,人机交互方便,波长解调准确,可将得到的波长数据解析为实际物理量,并将相关数据存入数据库。
【光纤光栅传感器技术】
光纤光栅传感器是一种利用光纤中的布拉格光栅(FBG)作为感测元件的无源器件。它集成了感测和传输功能,广泛应用于各种物理量(如温度、压力、应变等)的测量。光纤光栅的核心技术之一是波长解调,即通过检测光栅反射光的波长变化来获取相应的物理信息。
【基于ARM与C#.Net的光纤光栅数据解调系统】
该系统由硬件和软件两大部分构成。硬件部分包括宽带光源、光路系统和电路系统。宽带光源提供稳定的光源,经过光路系统(包含光纤可调谐F-P滤波器、标准具和耦合器等)与光纤光栅传感器交互。当传感器受到外界影响时,反射的光波长会发生变化,通过F-P滤波器的腔长扫描,光电探测器将光信号转换为电信号。这些信号由ARM处理器(以LPC2114芯片为例)进行处理,通过A/D采集并应用寻峰算法确定波长值。ARM处理器通过RS232/485接口将数据传输至上位机。
软件部分采用C#.Net开发,基于C/S架构,提供友好的人机交互界面。上位机软件接收来自ARM的波长数据,根据预设的传感器特性和计算公式,将波长转换为实际的物理量,如温度、应变等,并将数据存储在SQL Server数据库中,便于用户查询和分析。此外,软件还具备远程登录和操作功能,实时监控解调过程,实现历史数据查询和报表生成。
【系统硬件详细说明】
1. 宽带光源:提供13 dBm功率,工作波长范围1537-1568 nm,光谱纹波小于0.2 dB。
2. 光路系统:光纤可调谐F-P滤波器有100 nm的自由光谱范围,精度650,覆盖C+L波段,最大调谐电压70 V。
3. 电路系统:包括光电转换放大电路(使用InGaAs PIN光电二极管)、第一级和第二级放大电路、RC滤波器以及F-P驱动扫描电路,用于将PWM脉宽调制信号转换为锯齿波信号。
【软件系统设计特点】
1. 数据处理:软件不仅能获取波长数据,还能自动对应传感器位置和物理量,减少用户标定工作。
2. 功能实现:实时解调显示,自定义物理量计算,远程监控,数据存库,历史数据查询,以及灵活的通讯设置和参数配置。
3. 用户界面:分为系统控制、数据显示和信息栏三个板块,提供直观的操作体验。
总结,这个基于ARM与C#.Net的光纤光栅数据解调系统,结合了先进的硬件和软件技术,实现了高效准确的波长解调和物理量测量,为光纤光栅传感器的应用提供了强大支持。