基于DSP的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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時(shí)間：2011-01-20
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普通的匹配法只有一個(gè)傳感光柵一個(gè)匹配光柵，對(duì)應(yīng)只有一個(gè)△λ。當(dāng)該△λ≥△λmin時(shí)，解調(diào)系統(tǒng)將無(wú)法繼續(xù)解調(diào)。對(duì)于雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)，傳感光柵與兩個(gè)并聯(lián)的匹配光柵的中心波長(zhǎng)近似相等，但略有差別。三者關(guān)系為：λp1λcλp2，λp1和λp2分別表示兩個(gè)匹配光柵的中心波長(zhǎng)。λc是傳感光柵的中心波長(zhǎng)。傳感光柵在外界應(yīng)力作用下時(shí)，△λ1=?λc-λp1?，△λ2=?λc-λp2?;當(dāng)λc增大時(shí)△λ1增大，△λ2減小;當(dāng)λc減小時(shí)，△λ1減小，△λ2增大。圖2所示為△λ1、△λ2和λc三者的關(guān)系圖，其中△λmin是光電探測(cè)器可以探測(cè)到的最小值。因此，根據(jù)圖 2可知，在理論上，雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)總是至少有一個(gè)光電探測(cè)器可以探測(cè)到可用光信號(hào)。
2 基于DSP的解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
匹配光柵反射回來(lái)的光入射到光電探測(cè)器(PD)上可轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光電轉(zhuǎn)換部分和信號(hào)采集部分主要完成對(duì)PD輸出電信號(hào)的采集，采集到的信號(hào)再轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)由DSP進(jìn)行處理。DSP主要完成數(shù)據(jù)的插值運(yùn)算和尋峰處理，并根據(jù)處理結(jié)果反饋給DSP，由DSP依照反饋信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)完成下一步的解調(diào)工作，其系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示。
為了實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)采樣，本系統(tǒng)選用美國(guó)AD公司推出的一種12位帶并行微機(jī)接口的逐次逼近型模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD1*來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，AD1*內(nèi)部自帶采樣保持器(SHA)、10V基準(zhǔn)電壓源、時(shí)鐘源以及可和微處理器總線(xiàn)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(diǎn)DSP芯片可實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感信號(hào)的處理、步進(jìn)電機(jī)的控制和顯示等。該芯片具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)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(shí)現(xiàn)乘累加運(yùn)算。其靈活的循環(huán)緩沖區(qū)和高效的C語(yǔ)言可使TMS320VC5402方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的循環(huán)尋址與卷積運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)高速度解調(diào)。
2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
DSP系統(tǒng)的軟件部分主要由初始化程序、線(xiàn)性插值子程序或者曲線(xiàn)擬合子程序、顯示程序、驅(qū)動(dòng)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(lái)實(shí)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(jìn)電機(jī)的控制，可由DSP發(fā)出控制信號(hào)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，以使經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字信號(hào)與加在匹配光柵上的步數(shù)一一對(duì)應(yīng)。顯示部分的程序可將此數(shù)字信號(hào)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(guò)查表動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力顯示。
當(dāng)匹配光柵反射波長(zhǎng)與光纖光柵反射波的中心波長(zhǎng)重疊時(shí)，光電轉(zhuǎn)換輸出脈沖信號(hào)，并向DSP請(qǐng)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(lái)，最后通過(guò)串行口發(fā)送到上位機(jī)再中斷返回。
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