基于DSP的光纖光柵解調系統(tǒng)的設計
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普通的匹配法只有一個傳感光柵一個匹配光柵，對應只有一個△λ。當該△λ≥△λmin時，解調系統(tǒng)將無法繼續(xù)解調。對于雙光柵匹配解調系統(tǒng)，傳感光柵與兩個并聯的匹配光柵的中心波長近似相等，但略有差別。三者關系為：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。傳感光柵在外界應力作用下時，△λ1=?λc-λp1?，△λ2=?λc-λp2?;當λc增大時△λ1增大，△λ2減小;當λc減小時，△λ1減小，△λ2增大。圖2所示為△λ1、△λ2和λc三者的關系圖，其中△λmin是光電探測器可以探測到的最小值。因此，根據圖 2可知，在理論上，雙光柵匹配解調系統(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的解調系統(tǒng)設計
2.1 系統(tǒng)硬件設計
匹配光柵反射回來的光入射到光電探測器(PD)上可轉換為電信號。光電轉換部分和信號采集部分主要完成對PD輸出電信號的采集，采集到的信號再轉化為數字信號由DSP進行處理。DSP主要完成數據的插值運算和尋峰處理，并根據處理結果反饋給DSP，由DSP依照反饋信號控制步進電機完成下一步的解調工作，其系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示。
為了實現高精度的數據采樣，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/數轉換芯片AD1*來實現系統(tǒng)的模數轉換，AD1*內部自帶采樣保持器(SHA)、10V基準電壓源、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芯片可實現光纖光柵傳感信號的處理、步進電機的控制和顯示等。該芯片具有強大的數據運算和處理功能，利用其RPT和MAC指令可以在單指令周期內實現乘累加運算。其靈活的循環(huán)緩沖區(qū)和高效的C語言可使TMS320VC5402方便地實現數據的循環(huán)尋址與卷積運算，從而實現高速度解調。
2.2 系統(tǒng)軟件設計
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、驅動程序、中斷服務程序等幾部分組成，可以將A/D轉換和串行通訊代碼放在中斷服務程序中來實現。
初始化程序用于完成DSPI/O口、內部A/D轉換器、串行口、中斷等資源的初始化。為了協(xié)調A/D轉換和步進電機的控制，可由DSP發(fā)出控制信號來控制步進電機，以使經過A/D轉換所得的數字信號與加在匹配光柵上的步數一一對應。顯示部分的程序可將此數字信號經代數變換轉換為直接表示應力的數字量，然后通過查表動態(tài)實現應力顯示。
當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)行中斷服務程序，以將DSP內部A/D轉換器轉換所得的數字量讀入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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