一种总线式光纤光栅解调系统技术方案

本发明专利技术提出了一种总线式光纤光栅解调系统，包括光电信号检测模块、数据处理模块、波形驱动模块、传输储存模块、时钟模块和现场总线通信模块；光电信号检测模块包括若干光纤光栅传感器，各光纤光栅传感器设置在数控机床的检测部位；光电信号检测模块用于向光纤光栅中输入特定波长范围的光，光纤光栅传感器检测数控机床的检测部位的物理量并输出检测信号；数据处理模块获取各光电信号检测模块输出的检测信号，寻找检测信号对应的光的波长峰值，将获取的波长峰值发送至传输储存模块或者现场总线通信模块；波形驱动模块用于驱动光电信号检测模块的光线性滤波器；传输储存模块用于将接收到的数据进行储存和数据传输。收到的数据进行储存和数据传输。收到的数据进行储存和数据传输。

【技术实现步骤摘要】
一种总线式光纤光栅解调系统


[0001]本专利技术涉及光纤传感测量
，尤其涉及一种总线式光纤光栅解调系统。

技术介绍

[0002]数控机床是装备制造领域的重要设备，其加工性能是制造业水平的标志之一。重型机床广泛应用于高端装备的加工，在航空、航天等高端装备制造业中非常普遍。由于数控机床自身特性和工作环境等客观因素的存在，在工件加工时，机床自身的状态会发生改变，从而影响加工的精度。实际加工时需要获取机械制造装备的温度、应力和振动等参数信息，通过处理分析，反馈设备的运行状态，从而实现对数控机床的实时监测，确保设备的正常运行。
[0003]传统的电测传感技术采用热电偶、电阻或者应变片采集数控机床的各种状态信息，通过大量线束传输检测信号，不仅需要大量的走线，影响设备的自由度，而且现有设备对多参数的分布式动态监测的实时性不理想，而且测量信号微弱易受到电磁干扰。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种抗干扰性能好、集成度高的总线式光纤光栅解调系统。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一方面本专利技术提供了一种总线式光纤光栅解调系统，包括光电信号检测模块、数据处理模块、波形驱动模块、传输储存模块和现场总线通信模块；
[0007]光电信号检测模块，包括若干光纤光栅传感器，各光纤光栅传感器设置在数控机床的检测部位；光电信号检测模块用于向光纤光栅中输入特定波长范围的光，光纤光栅传感器检测数控机床的检测部位的物理量并输出检测信号；
[0008]数据处理模块，获取各光电信号检测模块输出的检测信号，寻找检测信号对应的光的波长峰值，将获取的波长峰值发送至传输储存模块或者现场总线通信模块；
[0009]波形驱动模块，用于驱动光电信号检测模块；并向数据处理模块发出同步信号；
[0010]传输储存模块，用于将接收到的数据进行储存和数据传输；
[0011]现场总线通信模块，用于数据处理模块与数控机床主控系统之间的协议数据传输。
[0012]光电信号检测模块还包括基座带宽光源、隔离器、光线性滤波器、若干个光分路器、梳状滤波器和固定参考光栅；基座带宽光源通过隔离器分别与光线性滤波器和第一分路器光路连接，第一光分路器还与第二光分路器和若干第三光分路器光路连接，第二光分路器分别与梳状滤波器和固定参考光栅光路连接；第三光分路器与各光纤光栅传感器的输入端光路连接；所述基座宽带光源发出的初始光线经过隔离器和光线性滤波器波长调制后，得到特定波长范围的光，将该特定波长范围的光依次经过第一光分路器、第二光分路器和第三光分路器送入梳状滤波器、固定参考光栅和各光纤光栅传感器中，各光纤光栅传感
器检测数控机床的检测部位对应的物理量，并输出相应的光作为检测信号到数据处理模块。
[0013]进一步优选的，所述数据处理模块包括分析单元和片内总线单元；分析单元对各光纤光栅传感器输出的检测信号依次进行光电转换和模数转换，并行的读取各光纤光栅传感器输出的检测信号经光电转换和模数转换后对应的数据，对该数据进行滤波寻峰计算，获取检测信号的波长峰值及对应的时间值；波长峰值及对应的时间值通过片内总线单元发送给传输储存模块和现场总线通信模块。
[0014]更进一步优选的，所述对检测信号经光电转换和模数转换后对应的数据进行滤波寻峰计算，是通过多级触发方式来确定波长峰值的近似值，将光电信号检测模块输出的检测信号的最小有效值到波形峰值之间分为n个连续的触发门限区间，各个触发门限区间对应的权值K1、K2
……
Kn，越靠近波形峰值权值越高，K1<K2<
……
<Kn；每个触发门限区间对应的模数转换的输入电压的范围顺序排列，小于第一个触发门限区间下限的数据被舍弃，各相邻的触发门限区间对应的采集时间间隔相同；随着采集时间变化，分析单元获取超过触发门限区间对应的输入电压的数据时，分析单元工作启动，并通过比较前次数据大小确定工作状态：每当有高于前一次触发门限区间对应的模数转换的输入电压的范围的数据时，分析单元工作在上升态，按时间顺序采集对应的上升态模数转换输出数据序列L1、L2、
……
Ln；当前采集门限区间对应的电压数据低于前一次采集门限区间对应的电压范围，且大于第一个触发门限区间对应的模数转换的输入电压上限时，分析单元工作在下降态，此时按时间顺序采集对应下降态模数转换输出数据序列R1、R2、
……
Rn；将两组数据序列合并，并根据触发门限权值求出上升态和下降态的中心轴，作为波长峰值的近似值：
[0015]i＝1，2，
……
n；X为波长峰值的近似值。
[0016]再进一步优选的，所述触发门限权值的取值范围为[0，1)；n个连续的触发门限区间对应的模数转换的输入电压取值范围为1.5—4V；第一个触发门限区间对应的模数转换的输入电压范围为[1.5V，1.75V)；后续各触发门限区间对应的输入电压的步长均为0.25V；超过最后一个触发门限区间上限的输入电压等同为该上限值。
[0017]进一步优选的，所述波形驱动模块包括光线性滤波器驱动单元、驱动波形存储单元和定时器单元，驱动波形存储单元预先存储驱动波形数据，光线性滤波器驱动单元接收驱动波形存储单元发出的驱动波形数据，并进行可调节的直流偏置输出模拟信号并驱动光线性滤波器进行基座带宽光源的波长调制；定时器单元还通过片内总线单元向数据处理模块发出同步信号，使数据处理模块和波形驱动模块同步工作。
[0018]再进一步优选的，所述光线性滤波器驱动单元进行可调节的直流偏置，是采用如下公式对直流偏置电压进行步进调节：U(t)＝
‑2×
10
‑
20
×
t4+3.85
×
10
‑
15
×
t3‑
2.5
×
10
‑
10
×
t2+9.52
×
10
‑5×
t
‑
10；其中时间t＝nΔt，U(t)为直流偏置电压的可调节的补偿量随时间的变化关系，n为正整数，Δt为相邻直流偏置步进电压的时间间隔，Δt的范围为50—100ms。
[0019]再进一步优选的，所述驱动波形存储单元预置了.mif格式的驱动波形的频率、幅值、相位及有效值的驱动波形的数据。
[0020]更进一步优选的，所述传输存储模块包括FLASH存储器和USB控制器，FLASH存储器储存配置信号，USB控制器用于与上位机进行数据通信；FLASH存储器和USB控制器均与片内总线单元电性连接。
[0021]另一方面，本专利技术还提供了一种总线式光纤光栅解调系统的解调方法，具体包括以下步骤：
[0022]S1：构建上述总线式光纤光栅解调系统；
[0023]S2：波形驱动模块的定时器单元通过片内总线单元向数据处理模块发出同步信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种总线式光纤光栅解调系统，其特征在于：包括光电信号检测模块、数据处理模块、波形驱动模块、传输储存模块和现场总线通信模块；光电信号检测模块，包括若干光纤光栅传感器，各光纤光栅传感器设置在数控机床的检测部位；光电信号检测模块用于向光纤光栅中输入特定波长范围的光，光纤光栅传感器检测数控机床的检测部位的物理量并输出检测信号；数据处理模块，获取各光电信号检测模块输出的检测信号，寻找检测信号对应的光的波长峰值，将获取的波长峰值发送至传输储存模块或者现场总线通信模块；波形驱动模块，用于驱动光电信号检测模块；并向数据处理模块发出同步信号；传输储存模块，用于将接收到的数据进行储存和数据传输；现场总线通信模块，用于数据处理模块与数控机床主控系统之间的协议数据传输。2.根据权利要求1所述的一种总线式光纤光栅解调系统，其特征在于：所述光电信号检测模块还包括基座带宽光源、隔离器、光线性滤波器、若干个光分路器、梳状滤波器和固定参考光栅；基座带宽光源通过隔离器分别与光线性滤波器和第一分路器光路连接，第一光分路器还与第二光分路器和若干第三光分路器光路连接，第二光分路器分别与梳状滤波器和固定参考光栅光路连接；第三光分路器与各光纤光栅传感器的输入端光路连接；所述基座宽带光源发出的初始光线经过隔离器和光线性滤波器波长调制后，得到特定波长范围的光，将该特定波长范围的光依次经过第一光分路器、第二光分路器和第三光分路器送入梳状滤波器、固定参考光栅和各光纤光栅传感器中，各光纤光栅传感器检测数控机床的检测部位对应的物理量，并输出相应的光作为检测信号到数据处理模块。3.根据权利要求2所述的一种总线式光纤光栅解调系统，其特征在于：所述数据处理模块包括分析单元和片内总线单元；分析单元对各光纤光栅传感器输出的检测信号依次进行光电转换和模数转换，并行的读取各光纤光栅传感器输出的检测信号经光电转换和模数转换后对应的数据，对该数据进行滤波寻峰计算，获取检测信号的波长峰值及对应的时间值；波长峰值及对应的时间值通过片内总线单元发送给传输储存模块和现场总线通信模块。4.根据权利要求3所述的一种总线式光纤光栅解调系统，其特征在于：所述对检测信号经光电转换和模数转换后对应的数据进行滤波寻峰计算，是通过多级触发方式来确定波长峰值的近似值，将光电信号检测模块输出的检测信号的最小有效值到波形峰值之间分为n个连续的触发门限区间，各个触发门限区间对应的权值K1、K2
……
Kn，越靠近波形峰值权值越高，K1<K2<
……
<Kn；每个触发门限区间对应的模数转换的输入电压的范围顺序排列，小于第一个触发门限区间下限的数据被舍弃，各相邻的触发门限区间对应的采集时间间隔相同；随着采集时间变化，分析单元获取超过触发门限区间对应的输入电压的数据时，分析单元工作启动，并通过比较前次数据大小确定工作状态：每当有高于前一次触发门限区间对应的模数转换的输入电压的范围的数据时，分析单元工作在上升态，按时间顺序采集对应的上升态模数转换输出数据序列L1、L2、
……
Ln；当前采集门限区间对应的电压数据低于前一次采集门限区间对应的电压范围，且大于第一个触发门限区间对应的模数转换的输入电压上限时，分析单元工作在下降态，此时按时间顺序采集对应下降态模数转换输出数据序列R1、R2、
……
Rn；将两组数据序列合并，并根据触发门限权值求出上升态和下降态的中心轴，作为波长峰值的近似值：
X为波长峰值的近似值。5.根据权利要求4所述的一种总线式光纤光栅解调系统，其特征在于：所述触发门限权值的取值范围为[0，1)；n个连续的触发门限区间对应的输入电压取值范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建民，田浩，
申请(专利权)人：湖北经济学院，
类型：发明
国别省市：