【摘要】： 本文综述了国内外桥梁监测技术的发展概况，在深入研究脉冲激光测距和光纤应变测试原理的基础上，针对单片机固有计数频率低、计数量化误差大和延时不固定等不足，结合CPLD计数频率高、延时小而固定和单片机控制功能强的优势，并采用模数转换技术设计计数量化误差测量电路，提出了基于激光脉冲时间测量法的光纤应变测量的方案。 应变测量系统主要由光源、传感光纤、光电探测器和信号处理电路组成。在光学系统设计中为提高系统的精度采用了光纤定向耦合器实现光脉冲的循环；在光电转换单元上采用高精度温度补偿的APD偏置电路，减小了温度和暗电流带来的噪声干扰。信号处理部分是本文研究的关键，采用MCU+CPLD的设计方法和模数转换技术构成时间间隔测量单元的理论基础，其中用可在系统编程的CPLD计数器实现了对循环光脉冲的判断以开关计数，并提供计数量化误差测量电路相应的时序和控制信号，用斜坡电路和12位A/D转换电路完成对计数量化误差的测量，保证了系统的分辨率。 在系统设计中，对组成光学系统和信号处理的每一个环节都进行了理论分析和元器件的优化选择，并对系统的有关部分进行了仿真实验分析，完成了系统性能评估。 在完成系统设计和元件优化选择之后，选用不同长度的光纤，组成应变测量实验系统并进行了两组实验。实验结果表明，由于设计精心、方法合理，系统测量精度高，灵敏度大，分辨率达到预定目标，且能较好地适应不同的测量环境。 【关键词】：光纤 应变传感器 激光测距 计数器 CPLD
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH82
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2004.061779
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 光纤传感器9-11
• 1.1.1 光纤传感器简介9
• 1.1.2 光纤传感器发展及现状9-11
• 1.2 光纤传感器的特点11-12
• 1.3 桥梁检测技术12-14
• 1.3.1 应变测试和无损检测的意义12-13
• 1.3.2 国内外研究现状13-14
• 1.4 课题研究的目的和意义14-15
• 1.5 本课题的工作及目标15-17
• 第2章 光纤应变测量系统的原理分析17-24
• 2.1 脉冲激光测距基本原理17-18
• 2.2 光纤应变测试原理18-20
• 2.3 基于激光脉冲时间测量法的光纤应变测量系统20-22
• 2.4 系统主要误差分析22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 光纤应变测量光学系统设计24-44
• 3.1 光纤24-28
• 3.1.1 光纤的类别24
• 3.1.2 光纤的传输特性24-27
• 3.1.3 光纤的选择27-28
• 3.2 光源28-30
• 3.2.1 半导体激光器工作原理28-29
• 3.2.2 半导体光源的对比及选择29-30
• 3.3 光耦合器件30-33
• 3.3.1 光耦合器件的定义及分类30
• 3.3.2 光耦合器特性的一般技术参数及选择30-33
• 3.4 光探测器33-40
• 3.4.1 光探测器的基本参数33-35
• 3.4.2 雪崩光电二极管(APD)35-38
• 3.4.3 温度补偿电路设计38-39
• 3.4.4 光探测器选择与使用中的注意事项39-40
• 3.5 前置放大器类型选择40-41
• 3.6 时刻鉴别方法选择41-42
• 3.7 本章小结42-44
• 第4章 时间间隔测量单元设计44-68
• 4.1 MCU+CPLD设计概述44-50
• 4.1.1 单片机综述44-45
• 4.1.2 MAX7000系列CPLD介绍45-50
• 4.2 CPLD计数器应用设计50-54
• 4.2.1 系统计数器原理分析50-51
• 4.2.2 CPLD器件选择与软硬件实现51-54
• 4.3 量化误差测量电路设计54-66
• 4.3.1 量化误差测量方法54-56
• 4.3.2 模数转换测量电路设计56-57
• 4.3.3 斜坡电路设计57-58
• 4.3.4 A/D器件选择和使用58-66
• 4.4 MCS-51为核心的测控系统组成66-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第5章 系统仿真与实验68-74
• 5.1 计数器电路仿真分析68-70
• 5.2 斜坡电路仿真分析70-71
• 5.3 实验系统设计与实验分析71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果80-81
• 致谢81-82
• 作者简介82