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基于光纤光栅的位移传感器实时监测与解调系统

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简介:
本研究设计并实现了一种基于光纤光栅技术的位移传感器实时监测及解调系统。该系统能够精准、高效地捕捉和解析物体微小位移变化,广泛应用于结构健康监测、土木工程等领域。 为了建立稳定的光纤光栅传感器波长解调系统,我们利用可调谐法布里-珀罗滤波器的窄带滤波特性来实现对宽带光源进行线性扫描,并采用恒温箱中的高精度参考光栅标定法布里-珀罗标准具的方法,提供多个间隔相同、幅值平稳的波长参考点。我们采集到的数据序列通过改进的小波阈值去噪算法(使用新的阈值函数和阈值)进行平滑滤波处理,并利用高斯拟合算法的核心思想得到粗峰值序列,在此基础上进一步去除无效峰并修正部分峰的位置,最终搭建了光纤光栅位移传感器的实时监测解调系统。实验结果显示该系统的精度稳定在0.25毫米左右,与螺旋测微仪相比具有良好的一致性。

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    本研究设计并实现了一种基于光纤光栅技术的位移传感器实时监测及解调系统。该系统能够精准、高效地捕捉和解析物体微小位移变化,广泛应用于结构健康监测、土木工程等领域。 为了建立稳定的光纤光栅传感器波长解调系统,我们利用可调谐法布里-珀罗滤波器的窄带滤波特性来实现对宽带光源进行线性扫描,并采用恒温箱中的高精度参考光栅标定法布里-珀罗标准具的方法,提供多个间隔相同、幅值平稳的波长参考点。我们采集到的数据序列通过改进的小波阈值去噪算法(使用新的阈值函数和阈值)进行平滑滤波处理,并利用高斯拟合算法的核心思想得到粗峰值序列,在此基础上进一步去除无效峰并修正部分峰的位置,最终搭建了光纤光栅位移传感器的实时监测解调系统。实验结果显示该系统的精度稳定在0.25毫米左右,与螺旋测微仪相比具有良好的一致性。
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    本项目研发了一套基于光纤传感器技术的精密位移检测系统,该系统具有高灵敏度、抗电磁干扰等优点,适用于工业自动化、结构健康监测等领域。 本段落介绍了一个基于光纤传感器的位移测量系统。该系统摒弃了传统的Y型传感器,转而采用新型双通道传感器,有助于消除或减小环境影响。
  • 验五:验.docx
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    本实验通过构建光纤位移传感器系统,利用光强变化与物体位移的关系进行精确测量,旨在验证传感器的工作原理及其在微小位移检测中的应用效果。 半导体工艺原理实验。实验五:光纤位移传感器-位移测试实验。
  • 技术
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    光纤光栅传感技术是一种利用光纤光栅对环境参数(如温度、应力等)敏感特性进行监测的技术,在工程健康监测和物理量测量等领域有着广泛应用。 光纤Bragg光栅(FBG)于1978年问世,这是一种简单的固有传感元件,可通过利用硅光纤的紫外光敏性,在光纤芯内进行写入。常见的FBG传感器通过测量布拉格波长的变化来检测被测参数。
  • 量设计方案
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    本设计采用光栅传感器进行精确位移测量,通过分光和光电转换技术实现高精度定位。方案适用于工业自动化、精密仪器等领域。 本段落中的硬件设计使用比较器LM339将光敏器件输出的信号转换为方波信号,并通过逻辑辨向电路准确判断光栅的正反方向移动。
  • 课程设计.doc
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    本课程设计文档深入探讨了基于光栅原理的位移传感器的设计与实现,涵盖了理论基础、实验方法及数据分析等内容。 光栅式位移传感器课程设计文档提供了关于如何进行基于光栅技术的位移测量系统的设计与实现的详细指导。该文档涵盖了理论基础、实验原理以及实际操作步骤,旨在帮助学生深入理解并掌握这一关键技术的应用。通过本课程设计的学习,读者可以了解到从基本概念到具体应用的实际过程,并能够独立完成相关项目的开发工作。
  • 中USB总线应用
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    本论文探讨了在光栅位移传感器检测系统中采用USB总线技术的优势与实现方法,分析其对提高测量精度和数据传输效率的影响。 《USB总线在光栅位移传感器检测系统中的应用》 光栅位移传感器因其高精度、大动态范围及非接触测量特性,在机械工业中占据重要地位,尤其是在精密测量与数控机床闭环反馈控制领域得到广泛应用。该类传感器的核心是由一对光栅构成,当运动光栅相对于固定光栅移动时会产生莫尔条纹信号,这种信号能够精确反映位移变化。光栅传感器具备高精度、大量程测量能力及动态和自动化处理特点,但对环境条件有一定要求。 系统硬件设计的关键在于如何有效利用USB总线进行数据传输。如今,USB端口已成为标准接口之一,它提供了高速度的实时通信,同时降低了成本并提高了可靠性。常见的数据采集方案有两种:一种是使用普通单片机配合专用USB通信芯片,这种方式虽然成本较低但复杂性较高且电磁兼容性能较弱;另一种则是采用内置USB接口的单片机如Microchip公司的PIC18F4550,它具备高速处理能力和优秀的抗干扰能力,简化了电路设计并提升了系统稳定性。 本段落中所选方案为使用PIC18F4550芯片。该款芯片具有全速USB 2.0接口和集成收发器功能,能够高效地处理来自光栅传感器的信号。经过差分放大后的五路信号被送入单片机:其中三路用于AD转换获取模拟量信息;另外两路则转化为数字脉冲以确定位移方向。PIC18F4550通过其内置的模拟输入口接收这些数据,利用定时器和计数器计算出具体位移值,并借助PWM接口输出相应的脉冲信号。USB线缆连接到单片机的D+与D-端口,实现计算机的数据交互功能。 在软件设计方面,需要编写驱动程序来处理USB通信协议以确保准确传输数据;同时还需要开发应用程序对传感器接收的信息进行细分和计算,从而得出精确的位置读数。此外,由于PIC18F4550支持现场升级功能,因此可以通过USB接口实现远程更新与维护操作。 通过采用集成USB接口的单片机技术,在光栅位移检测系统中应用USB总线显著提升了系统的实时性和便捷性,并降低了成本同时保证了测量精度和可靠性。简化后的整个系统不仅具备更强电磁兼容性能及环境适应能力,还为该领域的高效可靠解决方案提供了有力支持。
  • 应变
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    本实验采用光纤光栅传感器对材料进行温度和应变测量,通过分析光栅反射波长变化,精确测定不同环境条件下的物理参数,验证相关理论。 本实验通过调节光纤Bragg的温度或应变来改变其有效折射率及光栅面之间的周期大小,从而导致布拉格光栅中心波长的变化。这样可以将环境中的温度或压力变化转化为中心波长的变化。我们将使用光谱仪、布拉格光栅、宽带光源和光纤环形器搭建实验装置,以测量不同温度或压力下中心波长的改变,并得出它们之间的线性关系函数。
  • 布拉格阵列刀具磨损
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    本研究提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)阵列技术的新型刀具磨损在线监控方法。通过FBG传感器嵌入工具中,能够实现对温度、应力变化的精准检测,进而评估和预测刀具磨损状态,保障加工精度与效率。 为了克服现有刀头磨损检测方法中存在的检测难度大、无法实时监测的问题,我们提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)阵列的新型刀具磨损检测技术。通过实验搭建了多通道光纤光栅磨损检测系统,并分析了光纤光栅的位置定位和波分复用能力,成功开发出适用于刀头磨损检测领域的嵌入式光学传感器。该传感器由4根长度为3毫米的FBG阵列组成,这些阵列等间隔分布并同时进行解调。利用这种方法实现了对磨损长度的在线实时监测,并且测量误差保持在0.23毫米以内。