一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法技术

本发明专利技术提供一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法,步骤如下：一，搭建结构健康监测系统硬件平台，确定硬件平台所使用的开发板、编程语言和处理器；二，利用现场可编程门阵列进行解调，并计算出光纤光栅传感器中心波长的偏移量；三，通过总线协议，将光纤光栅传感器的波长数据及波长偏移量传输到ARM部分；四，利用ARM处理器的高速运算能力，将光纤光栅传感器的波长及偏移量等数据进行处理，并计算出应力值；五，将计算出的应力值进行实时发送和存储；通过以上步骤，本发明专利技术实现了一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法，能够利用光纤光栅传感器对结构的应力进行测量，便于对结构进行健康监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法
本专利技术提供一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法,包括光纤光栅传感器数据采集、传输、处理、存储等功能，能够实现基于光纤光栅传感器的应力测量，属于结构健康监测领域。
技术介绍
光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、灵敏度高、本征无源、易维护等优点，随着光纤技术的发展，在各种大型机电、石油化工、强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境中得到越来越广泛的应用。目前，光纤光栅传感器在结构健康监测领域有良好的应用前景，利用光纤光栅传感器进行结构健康监测，需要测量结构的应力值，而现有的光纤光栅解调仪只能够对光纤光栅的波长进行解调，不能计算结构的应力值。基于以上现状和问题，本专利技术提出一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪的实现方法。
技术实现思路
(一)本专利技术的目的是：一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法，利用光纤光栅传感器，实现对结构应力值的测量，便于对结构进行健康监测。(二)其具体技术方案如下：本专利技术一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法,其步骤如下：步骤一，搭建基于光纤光栅传感器的结构健康监测系统硬件平台，确定硬件平台所使用的开发板、编程语言和处理器；步骤二，将光纤光栅传感器中心波长利用现场可编程门阵列(即Field－ProgrammableGateArray,以下简称FPGA)进行解调，并计算出光纤光栅传感器中心波长的偏移量；同时，将解调出来的数据进行存储；步骤三，通过总线协议(即AdvancedeXtensibleInterface，以下简称AXI)，在开发板的FPGA部分和微处理器ARM(即AcornRISCMachine，以下简称ARM)部分建立连接之后，将光纤光栅传感器的波长数据及波长偏移量传输到ARM部分；步骤四，利用ARM处理器的高速运算能力，将光纤光栅传感器的波长及偏移量等数据进行处理，并计算出应力值；步骤五，将计算出的应力值进行实时发送和存储。其中，在步骤一中所述的“搭建基于光纤光栅传感器的结构健康监测系统硬件平台”，是指搭建基于光纤光栅传感器的结构健康监测平台光路系统以及电路系统；并使用型号为XC7Z020-1CLG484I的集成开发板Miz702(南京米联电子)，该集成开发板采用FPGA和ARM处理器相结合的方式，充分结合了FPGA高实时性和ARM高速运算的能力；同时，采用版本为“Vivado2015.4”的开发软件进行硬件系统的研发。其中，在步骤二中所述的“将光纤光栅传感器中心波长利用FPGA开发板进行解调”，是指光源的光通过法布里-珀罗(即Fabry-Perot，以下简称F-P)腔，经过光耦合器后分为两路光，第一路光进入光纤光栅传感器，另外一路光进入光梳状滤波器；第一路光的反射信号经过光耦合器的输出，通过测量光梳状滤波器的透射光和光纤光栅传感器的反射光，可以得到光纤光栅反射光的波长，实现光纤光栅的中心波长解调。其中，在步骤三中所述的“将光纤光栅传感器的波长数据传输到ARM平台上”，是指通过AXI4总线通信协议，将光纤光栅传感器的波长数据，传输到ARM平台上。其中，在步骤四中所述的“利用ARM处理器的高速运算能力，将光纤光栅传感器的波长及偏移量等数据进行处理，并计算出应力值”，其作法如下：利用公式将光纤光栅传感器的波长变化值转化为应力大小；其中，在步骤五中所述的“将计算出应力值进行实时存储”，是指将ARM计算出的应力值实时存储到安全数码卡(即SecureDigitalMemoryCard，以下简称SD)，其具体作法为，标记现在的数据位置，当检测到有新的应力值数据出现之后，在当前的数据位置之后存放新的应力值数据。通过以上步骤，实现了一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法，能够利用光纤光栅传感器对结构的应力进行测量，便于对结构进行健康监测。(三)本专利技术的优点在于：本专利技术一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法，能够利用光纤光栅传感器对结构的应力进行测量，便于对结构进行健康监测，相比于一般的光纤光栅解调仪，更加符合结构健康监测领域的实际需求，实用性强。附图说明图1本专利技术所述方法流程图。图中序号、符号、代号说明如下：图1中：“FPGA”为现场可编程门阵列；“AXI4”为总线通信协议；“ARM”为AcornRISCMachine。具体实施方式本专利技术一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法，见图1所示，其具体步骤如下：步骤一，搭建基于光纤光栅传感器的结构健康监测系统硬件平台，确定硬件平台所使用的开发板、编程语言和处理器；本专利技术使用型号为XC7Z020-1CLG484I的集成开发板Miz702(南京米联电子)，该集成开发板采用FPGA和ARM处理器相结合的平台，并采用版本为“Vivado2015.4”的开发软件进行开发；步骤二，本专利技术所述的系统将光纤光栅传感器中心波长利用FPGA进行解调，并计算出光纤光栅传感器中心波长的偏移量。同时，将解调出来的数据进行存储。宽带光源的光通过F-P腔，经过光耦合器后分为两路，第一路进入光纤光栅传感器，另外一路进入光梳状滤波器。第一路光的反射信号经过光耦合器输出。通过测量光梳状滤波器的透射光和光纤光栅反射光，并经过计算，可以得到光纤光栅反射光的波长，实现光纤光栅的解调，然后计算出光纤光栅传感器中心波长的偏移量并进行存储；步骤三，通过AXI4总线通信协议，将光纤光栅传感器的波长数据传输到ARM平台上；AXI4总线协议数据传输方式是猝发式的，使用首字节选通方式，在独立的读写数据通道采用独立的地址、控制和数据周期进行数据传输，支持非对齐方式的数据传输，能够发出多个未解析的地址，从而完成无序的数据传输交易；本专利技术中，主要是通过AXI4总线通信协议实现FPGA部分和ARM部分的数据交互。步骤四，利用ARM平台，将光纤光栅传感器的波长数据进行处理，计算出应力值。ARM平台具有体积小、低功耗、低成本、高性能、指令执行速度更快、寻址方式灵活简单，执行效率高等特性，能更加高效的对数据进行处理，在经过AXI4总线协议接收到光纤光栅传感器的波长数据之后，利用如下公式就可以得到结构的应力值。步骤五，将计算出应力值进行实时存储。为了便于在实际的应用过程中对应力值的使用，将ARM计算出的应力值实时存储到SD卡中，每当产生新的应力值数据就将其插入到原有的数据后面，存放在SD卡中，方便数据的查询与调用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法,其特征在于：其步骤如下：步骤一，搭建基于光纤光栅传感器的结构健康监测系统硬件平台，确定硬件平台所使用的开发板、编程语言和处理器；步骤二，将光纤光栅传感器中心波长利用现场可编程门阵列即FPGA进行解调，并计算出光纤光栅传感器中心波长的偏移量；同时，将解调出来的数据进行存储；步骤三，通过总线协议即AXI，在开发板的FPGA部分和微处理器ARM部分建立连接之后，将光纤光栅传感器的波长数据及波长偏移量传输到ARM部分；步骤四，利用ARM处理器的高速运算能力，将光纤光栅传感器的波长及偏移量数据进行处理，并计算出应力值；步骤五，将计算出的应力值进行实时发送和存储；通过以上步骤，实现了一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法，能够利用光纤光栅传感器对结构的应力进行测量，便于对结构进行健康监测。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法,其特征在于：其步骤如下：步骤一，搭建基于光纤光栅传感器的结构健康监测系统硬件平台，确定硬件平台所使用的开发板、编程语言和处理器；步骤二，将光纤光栅传感器中心波长利用现场可编程门阵列即FPGA进行解调，并计算出光纤光栅传感器中心波长的偏移量；同时，将解调出来的数据进行存储；步骤三，通过总线协议即AXI，在开发板的FPGA部分和微处理器ARM部分建立连接之后，将光纤光栅传感器的波长数据及波长偏移量传输到ARM部分；步骤四，利用ARM处理器的高速运算能力，将光纤光栅传感器的波长及偏移量数据进行处理，并计算出应力值；步骤五，将计算出的应力值进行实时发送和存储；通过以上步骤，实现了一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法，能够利用光纤光栅传感器对结构的应力进行测量，便于对结构进行健康监测。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的应力测量仪实现方法,其特征在于：在步骤一中所述的“搭建基于光纤光栅传感器的结构健康监测系统硬件平台”，是指搭建基于光纤光栅传感器的结构健康监测平台光路系统以及电路系统；并使用型号为XC7Z020-1CLG484I的集成开发板Miz702，该集成开发板采用FPGA和ARM处理器相结合的方式，充分结合了FPGA高实时性和ARM高速运算的能力；同时，采用版本为“Vivado2015.4”的开发软件进行硬件系统的研发。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅传感器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫方，李英武，任飞飞，魏巍，梁小贝，蓝煜东，谢宇宽，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11