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基于激光脈沖時(shí)間測(cè)量法的光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)研究

時(shí)間:2010-05-23 21:48來源: 作者:畢建峰   點(diǎn)擊:
光纖 應(yīng)變傳感器 激光測(cè)距 計(jì)數(shù)器 CPLD
  【摘要】: 本文綜述了國(guó)內(nèi)外橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展概況,在深入研究脈沖激光測(cè)距和光纖應(yīng)變測(cè)試原理的基礎(chǔ)上,針對(duì)單片機(jī)固有計(jì)數(shù)頻率低、計(jì)數(shù)量化誤差大和延時(shí)不固定等不足,結(jié)合CPLD計(jì)數(shù)頻率高、延時(shí)小而固定和單片機(jī)控制功能強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),并采用模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)量化誤差測(cè)量電路,提出了基于激光脈沖時(shí)間測(cè)量法的光纖應(yīng)變測(cè)量的方案。 應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)主要由光源、傳感光纖、光電探測(cè)器和信號(hào)處理電路組成。在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中為提高系統(tǒng)的精度采用了光纖定向耦合器實(shí)現(xiàn)光脈沖的循環(huán);在光電轉(zhuǎn)換單元上采用高精度溫度補(bǔ)償?shù)腁PD偏置電路,減小了溫度和暗電流帶來的噪聲干擾。信號(hào)處理部分是本文研究的關(guān)鍵,采用MCU+CPLD的設(shè)計(jì)方法和模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)成時(shí)間間隔測(cè)量單元的理論基礎(chǔ),其中用可在系統(tǒng)編程的CPLD計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)循環(huán)光脈沖的判斷以開關(guān)計(jì)數(shù),并提供計(jì)數(shù)量化誤差測(cè)量電路相應(yīng)的時(shí)序和控制信號(hào),用斜坡電路和12位A/D轉(zhuǎn)換電路完成對(duì)計(jì)數(shù)量化誤差的測(cè)量,保證了系統(tǒng)的分辨率。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,對(duì)組成光學(xué)系統(tǒng)和信號(hào)處理的每一個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行了理論分析和元器件的優(yōu)化選擇,并對(duì)系統(tǒng)的有關(guān)部分進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)分析,完成了系統(tǒng)性能評(píng)估。 在完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)和元件優(yōu)化選擇之后,選用不同長(zhǎng)度的光纖,組成應(yīng)變測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,由于設(shè)計(jì)精心、方法合理,系統(tǒng)測(cè)量精度高,靈敏度大,分辨率達(dá)到預(yù)定目標(biāo),且能較好地適應(yīng)不同的測(cè)量環(huán)境。 【關(guān)鍵詞】:光纖 應(yīng)變傳感器 激光測(cè)距 計(jì)數(shù)器 CPLD
【學(xué)位授予單位】:燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2004
【分類號(hào)】:TH82
【DOI】:CNKI:CDMD:2.2004.061779
【目錄】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 緒論9-17
  • 1.1 光纖傳感器9-11
  • 1.1.1 光纖傳感器簡(jiǎn)介9
  • 1.1.2 光纖傳感器發(fā)展及現(xiàn)狀9-11
  • 1.2 光纖傳感器的特點(diǎn)11-12
  • 1.3 橋梁檢測(cè)技術(shù)12-14
  • 1.3.1 應(yīng)變測(cè)試和無損檢測(cè)的意義12-13
  • 1.3.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
  • 1.4 課題研究的目的和意義14-15
  • 1.5 本課題的工作及目標(biāo)15-17
  • 第2章 光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)的原理分析17-24
  • 2.1 脈沖激光測(cè)距基本原理17-18
  • 2.2 光纖應(yīng)變測(cè)試原理18-20
  • 2.3 基于激光脈沖時(shí)間測(cè)量法的光纖應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)20-22
  • 2.4 系統(tǒng)主要誤差分析22-23
  • 2.5 本章小結(jié)23-24
  • 第3章 光纖應(yīng)變測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)24-44
  • 3.1 光纖24-28
  • 3.1.1 光纖的類別24
  • 3.1.2 光纖的傳輸特性24-27
  • 3.1.3 光纖的選擇27-28
  • 3.2 光源28-30
  • 3.2.1 半導(dǎo)體激光器工作原理28-29
  • 3.2.2 半導(dǎo)體光源的對(duì)比及選擇29-30
  • 3.3 光耦合器件30-33
  • 3.3.1 光耦合器件的定義及分類30
  • 3.3.2 光耦合器特性的一般技術(shù)參數(shù)及選擇30-33
  • 3.4 光探測(cè)器33-40
  • 3.4.1 光探測(cè)器的基本參數(shù)33-35
  • 3.4.2 雪崩光電二極管(APD)35-38
  • 3.4.3 溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)38-39
  • 3.4.4 光探測(cè)器選擇與使用中的注意事項(xiàng)39-40
  • 3.5 前置放大器類型選擇40-41
  • 3.6 時(shí)刻鑒別方法選擇41-42
  • 3.7 本章小結(jié)42-44
  • 第4章 時(shí)間間隔測(cè)量單元設(shè)計(jì)44-68
  • 4.1 MCU+CPLD設(shè)計(jì)概述44-50
  • 4.1.1 單片機(jī)綜述44-45
  • 4.1.2 MAX7000系列CPLD介紹45-50
  • 4.2 CPLD計(jì)數(shù)器應(yīng)用設(shè)計(jì)50-54
  • 4.2.1 系統(tǒng)計(jì)數(shù)器原理分析50-51
  • 4.2.2 CPLD器件選擇與軟硬件實(shí)現(xiàn)51-54
  • 4.3 量化誤差測(cè)量電路設(shè)計(jì)54-66
  • 4.3.1 量化誤差測(cè)量方法54-56
  • 4.3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量電路設(shè)計(jì)56-57
  • 4.3.3 斜坡電路設(shè)計(jì)57-58
  • 4.3.4 A/D器件選擇和使用58-66
  • 4.4 MCS-51為核心的測(cè)控系統(tǒng)組成66-67
  • 4.5 本章小結(jié)67-68
  • 第5章 系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)68-74
  • 5.1 計(jì)數(shù)器電路仿真分析68-70
  • 5.2 斜坡電路仿真分析70-71
  • 5.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析71-73
  • 5.4 本章小結(jié)73-74
  • 結(jié)論74-76
  • 參考文獻(xiàn)76-80
  • 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果80-81
  • 致謝81-82
  • 作者簡(jiǎn)介82
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