【正文】 方式 能夠更有效地解決激光器工作的準確、穩(wěn)定和可靠性問題 [16]。為了保證激光器波長的清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 2 頁 共 49 頁 穩(wěn)定性，通常采用激光控制器對激光器的工作溫度進行反饋控制。使傳感由傳統(tǒng)的僅僅進行信號形式轉(zhuǎn)換的單個或多 個敏感元件擴展為集信號獲取、存儲、傳輸、處理于一體的多功能系統(tǒng) [3]。光纖傳感技術已 成為傳感技術的先導，推動著傳感技術蓬勃發(fā)展。 關鍵詞： 光纖傳感，激光器波長控制，虛擬儀器， LabVIEW 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 Design and Development of Laser Wavelength Controller for Fiber Optical Sensor Abstract With the development of intelligent fiberoptic sensor system, the laser with higher performance is required, and the operation condition of the laser is demanded to be realtime monitored and controlled. To that end, it is of special importance to develop a laser wavelength controller based on digitized control mode of puters. The application of virtual instrument technology in fiberoptic sensor system meets the trend of development of fiber optical sensing technique toward intelligence. Moreover, puter’s powerful software function helps to improve the efficiency and decrease the cost of development. Therefore, the laser wavelength controller based on virtual instrument is designed and developed in this paper. First of all, the development of fiber optical sensing technique at home and abroad is introduced. Then the basic ponents and the theoretical principle of a fiberoptic sensor system is described. On these base, the distributed feedback (DFB) laser, the monly used light source in a fiberoptic sensor system, is emphatically introduced with a detailed description of its structure, working principle, and wavelength tuning property. Also the controller of the DFB laser is introduced. Next, according to the functions of the ITC4001 laser diode/TEC controller and the virtual instrument technology, a software system for the wavelength controller of the DFB laser based on LabVIEW virtual instrument technology is built. The software system consists of three parts. The first part is to build munication between PC and laser controller. The second part is for reading and controlling parameters of the laser. The third part, the most important part of the system, is for laser wavelength reading and feedback control. Virtual instrument software interfaces are designed based on the functional modules of the three parts respectively. 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 Finally, the experimental setup for fiberoptic sensor system is built, and the feasibility of virtualinstrumenttechnologybased laser wavelength control software system is experimentally demonstrated. Key words: fiberoptic sensor， laser wavelength control， virtual instrument， LabVIEW 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 I 頁 共 II 頁 目 錄 1 引言 ............................................................ 1 本課題提出的背景及意義 ........................................ 1 國內(nèi)外發(fā)展概況 ................................................ 2 光纖傳感技術國內(nèi)外發(fā)展概況 .................................. 2 智能化光纖傳感國內(nèi)外發(fā)展概況 ................................ 3 虛擬儀器技術 ................................................ 4 本課題主要研究內(nèi)容 ............................................ 5 2 激光器波長控制的原理和方法 ...................................... 7 光纖傳感系統(tǒng) .................................................. 7 光纖傳感系統(tǒng)概述 ............................................ 7 光纖傳感光源 ................................................ 8 DFB 激光器 ..................................................... 8 DFB 激光器簡介 ............................................... 8 波長調(diào)諧 ................................................... 10 激光控制器 ................................................... 11 激光控制器簡介 ............................................. 11 ITC4001 激光控制器 .......................................... 12 3 激光器波長控制器的軟件設計 ..................................... 14 軟件系統(tǒng)設計原理 ............................................. 14 軟件系統(tǒng)設計思路 ........................................... 14 基于虛擬儀器軟件系統(tǒng)的儀器控制理論 ......................... 15 基于 LabVIEW 的激光器波長控制器軟件系統(tǒng) ....................... 16 建立連接模塊設計 ........................................... 17 開關控制模塊設計 ........................................... 19 工作模式設定模塊設計 ....................................... 20 光功率、激光電流、溫度讀取與設置模塊設計 ................... 22 激光二極管調(diào)制設置模塊設計 ................................. 24 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 II 頁 共 II 頁 波長掃描模塊設計 ........................................... 26 PID 控制模塊設計 ............................................ 28 虛擬儀器界面設計 ............................................. 32 4 實驗測試系統(tǒng) ................................................... 34 實驗測試系統(tǒng)的組成 ........................................... 34 實驗測試 ..................................................... 35 波長掃描模塊實驗測試 ....................................... 35 PID 控制模塊實驗測試 ........................................ 37 5 全文總結 ....................................................... 41 參考文獻 .......................................................... 42 致謝 .............................................................. 49 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 共 49 頁 1 引言 本課題提出的背景及意義 20 世紀 70年代 ， 伴隨著光導纖維及光纖通信技術的發(fā)展而發(fā)展起來一種以光為載體、光纖為媒介，感知和傳輸外界 （ 被測量 ）信號的新型傳感技術 —— 光纖傳感技術 [1,2]。 其次，根據(jù) ITC4001 激光控制器的功能特性，結合虛擬儀器技術， 建立了一套基于LabVIEW 虛擬儀器技術的激光器波長控制器軟件系統(tǒng)。將虛擬儀器技術運用于光纖傳感系統(tǒng)當中正符合光纖傳感技術智能化的發(fā)展方向，同時利用計算機強大的軟件功能提高光纖傳感系統(tǒng)開發(fā)效率和降低開發(fā)成本。因此，本文采用虛擬儀器軟件開發(fā)平臺對激光器波長控制器進行設計與開發(fā)。該軟件系統(tǒng)可分為三大部分，第一部分用于建立激光控制器與 PC 機之間的通信；第二部分用于 讀取和控制 激光器各參數(shù)；第三部分是系統(tǒng)最重要的組成部分，用于實現(xiàn)激光器波長的讀取和反饋控制。光纖傳感技術一問世就受到極大重視，特別是在 光纖通信 的蓬勃帶動下， 隨著半導體光電技術 以及計算機技術等相關技術的進步，光纖傳感技術迅速發(fā)展 [3]。 隨著現(xiàn)代傳感技術的發(fā)展，傳感系統(tǒng)化、智能化的要求賦予了光纖傳感技術新的內(nèi)容。 作為光纖傳感系統(tǒng)中關鍵的光學元件之一的光源，與光纖傳感技術的發(fā)展是并肩前進的。另外，在光纖傳感中，需要對激光器的工作電流進行控制，保證激光器輸出功率的穩(wěn)定性。 在光纖傳感系統(tǒng)中，可以借助于 計算機讀取和控制激光器的波長，同時通過利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、 分析、處理以及顯示等。 20 世紀 90 年代后期，在光通信技術的帶動下光纖傳感器呈產(chǎn)業(yè)化發(fā)展并形成了五大應用領域 [19]。光纖傳感技術的應用已經(jīng)逐步從軍事領域發(fā) 展 到了電力 、石油、石化、交通和建筑等各個工業(yè)領域，在公共安全、國防、工農(nóng)業(yè) 安全生產(chǎn)、環(huán)保等重大安全監(jiān)測領域有著重要應用。由于受到國內(nèi)整體水平 和 投資力度的限制，我國光纖傳感的整體發(fā)展水平比國際先進水平相