基于S3C44B0的布拉格光纖光柵傳感信號處理系統的設計與實(shí)現

布拉格光纖光柵傳感器的輸出是光信號，分析識

本文以基于A(yíng)RM7的32位嵌入式微控器S3C44B0[1]為硬件核心，uC/OS-II [2]嵌入式實(shí)時(shí)操作系統為軟件平臺，設計并實(shí)現了一套嵌入式的具有圖形化人機界面、Internet網(wǎng)絡(luò )接口、文件服務(wù)與數據記錄、多種通信接口等功能的布拉格光纖光柵傳感信號處理系統。

2   系統工作原理與硬件設計 

布拉格光纖光柵傳感器常常用在特殊和重要領(lǐng)域，作為布拉格光纖光柵傳感器信號處理系統，不僅要求能夠準確可靠、高性能地完成傳感信號的解調工作，工程上還常常要求系統具有高標準的附加功能，如：Internet連接、USB接口、標準串行口、非易失性數據記錄、圖示化人機界面、便攜等，要達到這些要求，采用嵌入式微控器作為系統的控制核心是一種最佳選擇。

系統的控制核心還須控制布拉格光纖光柵傳感信號的解調和對解調后信號的處理。用于布拉格光纖光柵傳感信號解調的光纖法-柏分析器事實(shí)上是一個(gè)壓控的光帶通濾波元件，如果給布拉格光纖光柵傳感器注入寬帶光信號，將布拉格光纖光柵反射的窄帶光加到光纖法-柏分析器的輸入端，通過(guò)給光纖法-柏分析器的壓控端加上一個(gè)三角形的掃描電壓，則在光纖法-柏分析器的輸出端即可得到一個(gè)與輸入窄帶光光譜相對應的時(shí)間域電信號。這個(gè)時(shí)域信號經(jīng)過(guò)放大、整形，處理為一個(gè)系列脈沖信號，這個(gè)系列脈沖信號中的各個(gè)脈沖在時(shí)間域上的相對位置就包含了布拉格光纖光柵傳感器反射的窄帶光光譜信息。圖1指示了這個(gè)解調過(guò)程。由于布拉格光纖光柵僅反射特定波長(cháng)的光波，通過(guò)合理設計各傳感器反射的中心頻率，布拉格光纖光柵傳感器可以串連使用。工程中一般設計成將多個(gè)傳感器串連使用，這樣，每個(gè)信號解調器就可以同時(shí)完成對多個(gè)傳感器的解調工作。這也是布拉格光纖光柵傳感器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

                            圖1   布拉格光纖光柵傳感信號解調過(guò)程

識別脈沖信號中各個(gè)脈沖所出現的相對時(shí)刻是對這個(gè)信號進(jìn)行處理的主要任務(wù)，對它的識別精度直接關(guān)系到系統測量精度和性能。按照工程上要求和現有光纖法-柏分析器性能指標，要求系統測量速度不小于50次/秒，測量分辨率大于1/30000。這就要求脈沖時(shí)間識別的分辨率達到1/1500000秒，約為0.67uS?？紤]到光纖法-柏分析器要求的回掃時(shí)間損失，脈沖時(shí)間識別的實(shí)際 分辨率必須小于0.50uS。

S3C44B0微控器的定時(shí)器是按每2個(gè)系統時(shí)鐘周期為單位計時(shí)。因此，若采用S3C44B0微控器，系統時(shí)鐘頻率設定64MHz，用定時(shí)器計時(shí)，則計時(shí)分辨率為Δt1=2/64 us。在一個(gè)單一的中斷系統中，S3C44B0的中斷響應時(shí)間為5~29個(gè)時(shí)鐘周期。執行指令所需的固定時(shí)間和中斷響應最短時(shí)間可以通過(guò)軟件予以消除，而可能產(chǎn)生不可預計的最大計時(shí)誤差Δt2為24個(gè)時(shí)鐘周期，即Δt2=24/64 us。設：

        ΔT=|Δt1|+|Δt2| = 0.4 us                   (1) 

則通過(guò)軟件設計，可以使系統總的計時(shí)誤差在