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　　【摘要】： 本文綜述了國內外橋梁監測技術的發展概況，在深入研究脈沖激光測距和光纖應變測試原理的基礎上，針對單片機固有計數頻率低、計數量化誤差大和延時不固定等不足，結合CPLD計數頻率高、延時小而固定和單片機控制功能強的優勢，并采用模數轉換技術設計計數量化誤差測量電路，提出了基于激光脈沖時間測量法的光纖應變測量的方案。 應變測量系統主要由光源、傳感光纖、光電探測器和信號處理電路組成。在光學系統設計中為提高系統的精度采用了光纖定向耦合器實現光脈沖的循環；在光電轉換單元上采用高精度溫度補償的APD偏置電路，減小了溫度和暗電流帶來的噪聲干擾。信號處理部分是本文研究的關鍵，采用MCU+CPLD的設計方法和模數轉換技術構成時間間隔測量單元的理論基礎，其中用可在系統編程的CPLD計數器實現了對循環光脈沖的判斷以開關計數，并提供計數量化誤差測量電路相應的時序和控制信號，用斜坡電路和12位A/D轉換電路完成對計數量化誤差的測量，保證了系統的分辨率。 在系統設計中，對組成光學系統和信號處理的每一個環節都進行了理論分析和元器件的優化選擇，并對系統的有關部分進行了仿真實驗分析，完成了系統性能評估。 在完成系統設計和元件優化選擇之后，選用不同長度的光纖，組成應變測量實驗系統并進行了兩組實驗。實驗結果表明，由于設計精心、方法合理，系統測量精度高，靈敏度大，分辨率達到預定目標，且能較好地適應不同的測量環境。 【關鍵詞】：光纖 應變傳感器 激光測距 計數器 CPLD
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：TH82
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2004.061779
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 光纖傳感器9-11
• 1.1.1 光纖傳感器簡介9
• 1.1.2 光纖傳感器發展及現狀9-11
• 1.2 光纖傳感器的特點11-12
• 1.3 橋梁檢測技術12-14
• 1.3.1 應變測試和無損檢測的意義12-13
• 1.3.2 國內外研究現狀13-14
• 1.4 課題研究的目的和意義14-15
• 1.5 本課題的工作及目標15-17
• 第2章 光纖應變測量系統的原理分析17-24
• 2.1 脈沖激光測距基本原理17-18
• 2.2 光纖應變測試原理18-20
• 2.3 基于激光脈沖時間測量法的光纖應變測量系統20-22
• 2.4 系統主要誤差分析22-23
• 2.5 本章小結23-24
• 第3章 光纖應變測量光學系統設計24-44
• 3.1 光纖24-28
• 3.1.1 光纖的類別24
• 3.1.2 光纖的傳輸特性24-27
• 3.1.3 光纖的選擇27-28
• 3.2 光源28-30
• 3.2.1 半導體激光器工作原理28-29
• 3.2.2 半導體光源的對比及選擇29-30
• 3.3 光耦合器件30-33
• 3.3.1 光耦合器件的定義及分類30
• 3.3.2 光耦合器特性的一般技術參數及選擇30-33
• 3.4 光探測器33-40
• 3.4.1 光探測器的基本參數33-35
• 3.4.2 雪崩光電二極管(APD)35-38
• 3.4.3 溫度補償電路設計38-39
• 3.4.4 光探測器選擇與使用中的注意事項39-40
• 3.5 前置放大器類型選擇40-41
• 3.6 時刻鑒別方法選擇41-42
• 3.7 本章小結42-44
• 第4章 時間間隔測量單元設計44-68
• 4.1 MCU+CPLD設計概述44-50
• 4.1.1 單片機綜述44-45
• 4.1.2 MAX7000系列CPLD介紹45-50
• 4.2 CPLD計數器應用設計50-54
• 4.2.1 系統計數器原理分析50-51
• 4.2.2 CPLD器件選擇與軟硬件實現51-54
• 4.3 量化誤差測量電路設計54-66
• 4.3.1 量化誤差測量方法54-56
• 4.3.2 模數轉換測量電路設計56-57
• 4.3.3 斜坡電路設計57-58
• 4.3.4 A/D器件選擇和使用58-66
• 4.4 MCS-51為核心的測控系統組成66-67
• 4.5 本章小結67-68
• 第5章 系統仿真與實驗68-74
• 5.1 計數器電路仿真分析68-70
• 5.2 斜坡電路仿真分析70-71
• 5.3 實驗系統設計與實驗分析71-73
• 5.4 本章小結73-74
• 結論74-76
• 參考文獻76-80
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果80-81
• 致謝81-82
• 作者簡介82