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STM32与水下测量的光纤曲率测试的测试系统

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楼主: wangjiahao88
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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:11 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:11 | 只看该作者
    一般情况下,对于宏弯曲的光纤传感器,当改变光纤弯曲的半径大小时,传
感器的输出光功率变化很微小,输出线性度也不好,而且弯曲半径过小,光纤也
容易折断。查阅文献[};]可知,弯曲增敏技术可以有效改善光纤弯曲的灵敏度,最
高可提高几个数量等级。一般,光纤增敏后,敏感区的形状可以是长条型、锯齿
形等不同形状,并且不同的形状参数对于光在敏感区的传输模式有着重要影响,
都能在一定程度上影响光纤弯曲的敏感度。
    为便于加工,本课题光纤的敏感区为长条型。具体加工操作:用锋利的小刀
在光纤的一侧平行地沿纵截面除去光纤的圆周方向的1/3(光纤通光后有光泄漏
出来),长度为15 }-20mm。这里,敏感区加工的长度不宜过长,因为传感器检测
的是一段弯曲长度上光的分布效应,长度过长将会降低弯曲检测的精度。图3. 2
为获得的敏感区漏光照片。当发光二极管LED光源从光纤一端入射,敏感区会
有明显的长条型的红光泄露出来。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:12 | 只看该作者
    (1)光发射器
    传感器的光发射器选用红色塑料光纤光电二极管1F-E96E,它具有低成本、
低损耗、高速等特性。可见红光LED封装在一个能与塑料光纤无缝揭合的连接
器里,并且内部的微型模压透镜,可极大地提高光学祸合性能。如图3.3所示,
封装形式为DIP,标有红点一侧的(较长的)引脚接电源负极,另一侧引脚接电
源正极。将塑料光纤伸进连接器里面,当光纤的一端头部与透镜贴紧后,通过旋
转螺纹外套即可将光纤卡紧。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:12 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:13 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:14 | 只看该作者
    光电三极管本身具有一定的放大倍数,输出的电压信号一般在SOrnV以内,
并且随着光纤敏感区的正、反向弯曲,信号的动态范围较宽,容易受到工作环境
的影响,因此,下一级的输入必然存在较大的共模干扰[38][39]。为减小干扰,传感
器的前置放大电路选用仪表放大器来进行放大。仪表放大器与一般的通用放大器
相比,有其特殊的优点,主要表现在高输入阻抗,高共模抑制比、低失调与漂移、
低噪声及高闭环增益稳定性等【40]。此处,仪表放大器选用AD公司的AD620,
由于其特殊的制造工艺,它的工作电流很小,最大只有!.3mA。另外,由于它在
抑制噪声、增益、漂移方面性能极佳,而且成本又低,所以经常被作为微信号放
大的首选芯片(41 ][42] o  AD620引脚如图3. 7所示:

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:14 | 只看该作者
    传感器调理电路的放大部分主要是通过前置放大电路实现的。一般,采用多
个放大器串联的方式可以提高放大电路的增益,但是这种方式同时会增加电路的
级数,引入较多的极点,使系统的传递函数变得更加复杂,各级之间祸合的可控
性也会变差[43]。查阅芯片资料[41】可知,AD620的放大增益范围为1 ^-1000,其可
以有效解决放大电路的增益问题,其增益G可通过关系式(<3-2)得到:

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:19 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:20 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:21 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:21 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:21 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:22 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:24 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:24 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:25 | 只看该作者
    运放作为模拟电路的主要器件之一,在供电方式上有单电源和双电源两种。
因为运放OP07和AD620的输入电压范围分别为士3V到士18V和士2. 3V到
士18V,所以它们既可以在单电源条件下工作,也可在双电源供电状态下工作。
为降低电路能耗以及获得较大的电压输出范围,放大和滤波芯片均采用双电源
士SV供电。
    常用的负压转换芯片有ICL7660和LM2662,它们的外接元件较简单。查阅
它们的芯片参数手册[50][5 I ],当输出电流为20mA时,SV的输入电压经ICL7660
转换后输出电压只有一2. 5V,压降非常大,这样可能导致电路中的运放芯片的双
电源的供电电压极性不对称,从而影响运放的正常工作。而LM2662的输出电压
却能维持在一4. 8V左右。由于传感器电路的工作电流为30mA左右,故该电路负
压转换芯片选用LM2662,其引脚排列如图3. 20所示:

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:25 | 只看该作者
    负压转换电路设计如图3. 21所示,一般地,c1. c2不选用铝电解电容,而
选用10}F担电容,因为担电容不仅尺寸小,而且它的稳定性也较好,有利于减
小输入和输出电压的波动。另外,由于此处输入电压较小,VDD=SV,故5脚不
用外接二极管等其它器件,可直接作为输出。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:27 | 只看该作者
    传感器电路输出的信号电压最终要输入到单片机的IO口。默认条件下,单
片机的A/D转换只能采集到0^-3. 3V范围内的正电压。传感器输出的微信号经
过放大和滤波处理,最终得到正弦波信号。其中,正弦波的幅度可以通过放大增
益进行控制,保证其小于3. 3V,但如果将正弦波接到单片机的A/D输入的IO
引月却上,中间不经过任何调理电路的处理,那么只有在0^-3. 3V范围内的正电
压才能够测量出来,负电压会直接返回0,因此最后需要设计加法电路,将传感
器输出的正弦波信号的负电压抬高到0电平以上,并保证最大电压幅值在3. 3V
以内。根据分压原理,设计的电路如图3.22所示。

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:27 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2019-7-12 11:28 | 只看该作者

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