基于DSP的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計
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普通的匹配法只有一個傳感光柵一個匹配光柵，對應(yīng)只有一個△λ。當(dāng)該△λ≥△λmin時，解調(diào)系統(tǒng)將無法繼續(xù)解調(diào)。對于雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)，傳感光柵與兩個并聯(lián)的匹配光柵的中心波長近似相等，但略有差別。三者關(guān)系為：λp1λcλp2，λp1和λp2分別表示兩個匹配光柵的中心波長。λc是傳感光柵的中心波長。傳感光柵在外界應(yīng)力作用下時，△λ1=?λc-λp1?，△λ2=?λc-λp2?;當(dāng)λc增大時△λ1增大，△λ2減小;當(dāng)λc減小時，△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是光電探測器可以探測到的最小值。因此，根據(jù)圖 2可知，在理論上，雙光柵匹配解調(diào)系統(tǒng)總是至少有一個光電探測器可以探測到可用光信號。
2 基于DSP的解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計
2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
匹配光柵反射回來的光入射到光電探測器(PD)上可轉(zhuǎn)換為電信號。光電轉(zhuǎn)換部分和信號采集部分主要完成對PD輸出電信號的采集，采集到的信號再轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號由DSP進(jìn)行處理。DSP主要完成數(shù)據(jù)的插值運算和尋峰處理，并根據(jù)處理結(jié)果反饋給DSP，由DSP依照反饋信號控制步進(jìn)電機完成下一步的解調(diào)工作，其系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示。
為了實現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)采樣，本系統(tǒng)選用美國AD公司推出的一種12位帶并行微機接口的逐次逼近型模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD1*來實現(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、時鐘源以及可和微處理器總線直接接口的暫存/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DSP芯片可實現(xiàn)光纖光柵傳感信號的處理、步進(jìn)電機的控制和顯示等。該芯片具有強大的數(shù)據(jù)運算和處理功能，利用其RPT和MAC指令可以在單指令周期內(nèi)實現(xiàn)乘累加運算。其靈活的循環(huán)緩沖區(qū)和高效的C語言可使TMS320VC5402方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的循環(huán)尋址與卷積運算，從而實現(xiàn)高速度解調(diào)。
2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
DSP系統(tǒng)的軟件部分主要由初始化程序、線性插值子程序或者曲線擬合子程序、顯示程序、驅(qū)動程序、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)程序中來實現(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)電機的控制，可由DSP發(fā)出控制信號來控制步進(jìn)電機，以使經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字信號與加在匹配光柵上的步數(shù)一一對應(yīng)。顯示部分的程序可將此數(shù)字信號經(jīng)代數(shù)變換轉(zhuǎn)換為直接表示應(yīng)力的數(shù)字量，然后通過查表動態(tài)實現(xiàn)應(yīng)力顯示。
當(dāng)匹配光柵反射波長與光纖光柵反射波的中心波長重疊時，光電轉(zhuǎn)換輸出脈沖信號，并向DSP請求中斷，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，最后通過串行口發(fā)送到上位機再中斷返回。
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