基于STM32的FFP-TF法FBG传感系统设计

器转换为电压信号。持续光照的PIN光电二极管可看成一个电流源，当它的负载阻抗为零时，输出特性为最好。

A/D转换是采样电路的核心，考虑到系统对分辨率、速度与精度等参数的要求，ADC芯片选用Burr-Brown公司出品的ADS8320，16位精度的高速A/D转换芯片，最高采样频率为100 kHz。超低功耗和体积小使ADS8320成为理想的便于携带和电池供电系统。

2.2.2 D/A输出模块

可调谐F—P扫描电压由单片机通过外围电路产生，根据系统要求，系统的动态扫描范围为40 nm，分辨率为1 pm，故D/A芯片的位数N应该满足：

2N≥(40·1 000 pm)/1 pm (6)

即N≥16，为了给可调谐F—P滤波器提供一个高精度的电压供给，决定选用DAC8811芯片，16位精度的高速D/A转换芯片。

2.3 嵌入式控制系统

主控芯片选用ST公司推出的基于Cortex—M3内核的STM32F103C8T6芯片，它集先进Cortex—M3内核结构、良好的功耗控制、出众创新的外设和低成本于一体。STM32拥有全系列软件的高度兼容性及脚对脚和外设，能够在不修改软件及原始框架的条件下，可将应用精简为使用更少的存储空间，或升级为需要更多的存储空间。

3 解调系统的软件设计

根据STM32易于开发，可使产品快速进入市场的特点，采用STM32固件库进行编写。STM32固件库提供易用的函数可以使用户方便地访问STM32的各个标准外设，并使用它们的所有特性。

整个系统的软件设计实现了如下功能：

1)制FBG解调系统的工作;

2)采样滤波电路所处理过的电信号;

3)给PZT提供锯齿波驱动电压，若某时采集到FBG信号，则记录此时的驱动电压，并对数据进行处理;

4)根据FBG传感器所测量的外界物理量与本身中心波长的对应关系，计算出所测物理量的值并显示结果。

4 实验数据及分析

进行温度测试实验。光源选用ASE-C型C波段宽带光源，工作波长范围为1 525.nm～1 565 nm。传感器选用GFRP封装的FBG温度传感器，30.0 ℃时标定的中心波长为1 553.971 nm，温度系数为19.05 pm/℃。将FBG传感器放入温控箱，不受外界应变的影响。从20℃开始，每增加10℃定温20 min测定一次波长，直至80℃。测得的数据如表1所示。

将测得的数据绘制成波长一温度曲线图，如图2所示。图中的‘▲’表示波长理论值，‘’表示波长实际测量值，‘■’表示理论波长与实际测量波长的绝对误差值，‘●’表示标定温度与实际测量温度的误差值，直线为对数据进行的线性拟合。x轴表示温度，y轴表示波长或者温度。

从测试结果来看，该温度传感系统具有良好的线性度，测得的波长、温度与理论波长、标定温度基本一致，各点的波长偏差在±4 pm以内，系统的温度测量精度可达±0.2 ℃。

5 结论

本文提出了基于STM32的FFP-TF法FBG传感系统的设计方案，完成了STM32控制系统的硬件设计和系统软件实现。该传感系统具有测量速度快，精确度高等优点，达到了对温度的实时精确测量的目的。该传感系统可用于智能结构(石油化工、海洋探测、航空航天、煤矿开采等)的温度等参数的采集，具有较高的应用价值。

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