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。
![](../img/eep-analog/analog-341253mhs22skt2a.jpg)
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。
![](../img/eep-analog/analog-34126w3n5decdrko.jpg)
![](../img/eep-analog/analog-34127jlyvfrxkd5f.jpg)
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。
- STM32单片机中文官网
- STM32单片机官方开发工具
- STM32单片机参考设计
FBG传感器 可调谐光纤F―P滤波器 STM32 相关文章:
- STM32的曼彻斯特编译码系统设计(02-04)
- STM32学习:ADC/DMA/USART(07-25)
- 采用ARM Cortex-M3单片机和DSP的逆变电源设计(06-24)
- STM32 ADC的采样周期确定(02-22)
- 基于STM32F103RB和CC1101的无线数传模块设计(07-23)
- 详解GPIO在STM32中的几种工作模式(09-24)