光纖光柵傳感器的系統(tǒng)方案解析

為了實現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)采樣，本系統(tǒng)選用美國AD公司推出的一種12位帶并行微機接口的逐次逼近型模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD1674來實現(xiàn)系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，AD1674內(nèi)部自帶采樣保持器(SHA)、10V基準電壓源、時鐘源以及可和微處理器總線直接接口的暫存/三態(tài)輸出緩沖器。

本系統(tǒng)采用TMS320VC5402作為主控芯片。這種定點DSP芯片可實現(xiàn)光纖光柵傳感信號的處理、步進電機的控制和顯示等。該芯片具有強大的數(shù)據(jù)運算和處理功能，利用其RPT和MAC指令可以在單指令周期內(nèi)實現(xiàn)乘累加運算。其靈活的循環(huán)緩沖區(qū)和高效的C語言可使TMS320VC5402方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的循環(huán)尋址與卷積運算，從而實現(xiàn)高速度解調(diào)。

2.2　 系統(tǒng)軟件設(shè)計

DSP系統(tǒng)的軟件部分主要由初始化程序、線性插值子程序或者曲線擬合子程序、顯示程序、驅(qū)動程序、中斷服務(wù)程序等幾部分組成，可以將A/D轉(zhuǎn)換和串行通訊代碼放在中斷服務(wù)程序中來實現(xiàn)。

初始化程序用于完成DSPI/O口、內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器、串行口、中斷等資源的初始化。為了協(xié)調(diào)A/D轉(zhuǎn)換和步進電機的控制，可由DSP發(fā)出控制信號來控制步進電機，以使經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字信號與加在匹配光柵上的步數(shù)一一對應(yīng)。顯示部分的程序可將此數(shù)字信號經(jīng)代數(shù)變換轉(zhuǎn)換為直接表示應(yīng)力的數(shù)字量，然后通過查表動態(tài)實現(xiàn)應(yīng)力顯示。

當匹配光柵反射波長與光纖光柵反射波的中心波長重疊時，光電轉(zhuǎn)換輸出脈沖信號，并向DSP請求中斷，然后由DSP執(zhí)行中斷服務(wù)程序，以將DSP內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量讀入DSP并保存起來，最后通過串行口發(fā)送到上位機再中斷返回。

3　 實驗結(jié)果分析

由實驗可得，在砝碼質(zhì)量從0 g增加到60 g的過程中，粘貼在懸臂梁上的FBG1中心波長漂移0.716 nm，圖4所示為FBG1中心波長隨砝碼質(zhì)量變化的曲線圖。由圖4可知，懸臂梁上的FBG中心波長變化量與懸臂梁自由端所施加的砝碼質(zhì)量成較好的線性關(guān)系，并且具有較高的靈敏度。

實驗中可通過增加砝碼的質(zhì)量施加對懸臂梁不斷增加的拉伸應(yīng)力。兩個匹配光柵反射光信號分別被各自對應(yīng)的光電探測器所接收。光電探測器輸出的模擬電壓信號則由以DSP為核心的信號處理系統(tǒng)的一系列處理得出傳感光纖布拉格光柵所感測到的外界物理量的大小。