【正文】 纖。概括光纖傳感器一般由三部分組成，除光纖之外，還必須有光源和光探測器兩個重要部件。光纖傳感器一般是由光源、接口、光導(dǎo)纖維、光調(diào)制機(jī)構(gòu)、光電探測器和信號處理系統(tǒng)等部分組成。我們在討論光纖傳感器在石油化工領(lǐng)域的應(yīng)用時，即油庫油罐液位、溫度信號實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)方案，可以看到它的優(yōu)點(diǎn)。對傳統(tǒng)的傳感器起到擴(kuò)展提高的作用，不少情況下能夠完成前者很難完成甚至不能完成的任務(wù)。還具有靈敏度高、可靠性好、原材料硅資源豐富、抗電磁干擾，抗腐蝕、耐高壓、電絕緣性能好、可繞曲、防爆、頻帶寬、損耗低等特點(diǎn)。* 光纖傳感器頻帶寬，可進(jìn)行超高速測量，靈敏度和線性度好。兩種方案可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇[5]。采用行列電路結(jié)合行列交點(diǎn)處通過按鍵相連，列線作為掃描輸出，行線作為按鍵檢測輸入，按鍵數(shù)多。在實(shí)際應(yīng)用中，可以每個按鍵動作表示一個意義，也可以用幾個甚至全部按鍵的組合表示不同的意義。鍵盤部分可選用獨(dú)立式或行列式鍵盤。(分序號)靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定，在驅(qū)動電流一定的情況下顯示的亮度高，CPU占有時間少，能提高CPU的工作效率，缺點(diǎn)是使用元器件較多，連接較多。點(diǎn)陣顯示器件是將一個個顯示單元排列起來構(gòu)成點(diǎn)陣，按照其行列位置對每一點(diǎn)進(jìn)行行編址，按照行列控制器顯示各點(diǎn)的明暗，組成相應(yīng)的字符和漢字。對于特殊的需要復(fù)雜的模型分析，MCS51就不能夠很好的來響應(yīng)，就需要更換16位甚至32位RISC的CPU需要更多的內(nèi)存和ROM來完成，對于特殊的情況下，比如生命安全領(lǐng)域的應(yīng)用，還有圖像，聲音處理，可能要使用嵌入式操作系統(tǒng)，而且采取多種冗余措施，來保證系統(tǒng)的可靠性[2]。目前CISC內(nèi)核8位MCS51價格低廉，開發(fā)資源豐富，也有方便的擴(kuò)展能力，這里就選擇MCS51作為核心部件?？焖夙憫?yīng)沒有大的運(yùn)算量的場合對于CPU的速度并未要求太多，低速的MCU已經(jīng)能夠滿足，并且無須快速的輸入輸出接口、無須擴(kuò)展，且出于對長期的可靠性原因，靜態(tài)毫電量不能很高，而且程序比較簡單，太大的內(nèi)存空間。檢測到的距離處理后，輸出控制信號可供應(yīng)選擇的MCU有如下幾系列：Motorola MC系列：MC680MC680MC681MC6812Intel MCS4MCS5MCS96系列。（3） 距離檢測及距離值變換。（2） 鍵盤顯示。功能模塊：（1） 數(shù)據(jù)采集。這里我使用的是匯編語言，因?yàn)閰R編語言編制的程序效率高，占用存儲空間小，運(yùn)行速度快。這次設(shè)計(jì)需要用到的程序有A/D轉(zhuǎn)換程序、數(shù)據(jù)采樣程序、數(shù)據(jù)濾波程序、鍵盤處理程序、顯示程序、過程控制程序等。 圖11 系統(tǒng)功能模塊根據(jù)要求我們這里選用的是光纖傳感器，將數(shù)據(jù)采集后通過AD轉(zhuǎn)換，傳入單片機(jī)端口進(jìn)行處理，單片機(jī) ROM中固化的程序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)分析，最后由LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。它由纖維芯、包層和保護(hù)套組成。而其中比較重要的是基于單片機(jī)的一些信號采集、AD轉(zhuǎn)換、輸入輸出、鍵盤顯示等的設(shè)計(jì)，也包括所用的程序的編寫，這里我使用的語言是匯編語言。此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的要求就是從光纖傳感器采集來的模擬信號經(jīng)單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行顯示。對于瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的好壞，在保證精度的要求的前提下，應(yīng)該盡量提高采樣速率，以滿足是實(shí)時采集，實(shí)時處理，實(shí)時控制對速度的要求?？傊徽撛谀膫€應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集和處理越及時，工作效率就越高，取得的經(jīng)濟(jì)效益就越大[3]。在各種生產(chǎn)過程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可以對生產(chǎn)中各種現(xiàn)場參數(shù)進(jìn)行采集，監(jiān)視和記錄，為人們了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以及控制各種環(huán)境參數(shù)等提供了詳盡的信息。例如：目前已得到深入研究和相當(dāng)應(yīng)用的干涉型光纖陀螺系統(tǒng)，其中光纖的應(yīng)用就相當(dāng)能說明光纖的類型對設(shè)計(jì)傳感器系統(tǒng)的影響，初期的光纖陀螺普遍采用通信上廣泛采用的單模光纖，由于單模光纖中存在兩個正交的偏振模式，其相互耦合是系統(tǒng)的性能受到一定的影響；而近而發(fā)展起來的保偏光纖為提高干涉型光纖陀螺系統(tǒng)提供了可能，而針對傳感器應(yīng)用的保偏光纖，在材料、結(jié)構(gòu)上都有很強(qiáng)的針對性，作為真正意義上的特殊應(yīng)用光纖，使得光纖陀螺的性能大大提高了，這充分說明了ASOF（特殊應(yīng)用光纖）的應(yīng)用重要性。光纖傳感技術(shù)是利用光纖作為媒介，對待測量的物理量，如：溫度、壓力、運(yùn)動等，進(jìn)行檢測的一種檢測技術(shù)，其中光纖既可是光信息的載體，也可以是一種光調(diào)制器或者換能器，由此，光纖傳感技術(shù)對于光纖的要求一般不同于通信光纖，對傳感器用光纖（稱為功能光纖，或者特殊應(yīng)用光纖）的研究對光纖傳感器的應(yīng)用是非常重要的，這一類光纖的研制與生產(chǎn)，成為光纖技術(shù)中又一新的方向。前 言在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)加工中，越來越高的技術(shù)指標(biāo)和加工精度要求有新型、快速、柔性好、能直接在生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行非破壞性產(chǎn)品質(zhì)量檢測的傳感器。距離是工業(yè)產(chǎn)品的重要參數(shù)，以往典型的測距離的方法是靠機(jī)械接觸，十幾年前，光纖技術(shù)已應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，光纖用于傳感是光電子技術(shù)的新結(jié)晶，它具有常規(guī)檢測技術(shù)不可比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)，而且能實(shí)現(xiàn)“傳”和“感”的合二為一，由于其體積小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易柔性彎曲、可在某些特殊場合下工作，所以，用光纖傳感器進(jìn)行非接觸的尺寸測量，是當(dāng)今測量領(lǐng)域中傳感技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)方向之一。實(shí)用的光纖傳感器需要使測量光纖對待測的量敏感，對非測量或者稱為環(huán)境要非常不敏感，這對于應(yīng)用光纖來說是相當(dāng)困難的。第一章 方案論證隨著單片機(jī)技術(shù)和ANIC技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也得到迅速的應(yīng)用。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以獲得大量的動態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有力工具，也是揭開各種科學(xué)奧妙的重要手段之一。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)，就是采集傳感器輸出的模擬信號，并轉(zhuǎn)換成主處理器可以識別的數(shù)字信號，然后再顯示或者打印出來，這樣可以實(shí)現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)測，其中的信號還可以通過處理機(jī)去控制某些物理量。時代在進(jìn)步，光纖在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，尤其光纖傳感器發(fā)展前景更大，我們這里設(shè)計(jì)的光纖測距系統(tǒng)除了有很高的精度外，使用也比一般的方法簡單，快捷，值得我們來研究和開發(fā)。此次設(shè)計(jì)的光纖測距系統(tǒng)主要是由兩大部分組成：光纖傳感器和基于MCS51單片機(jī)（我們選用應(yīng)用比較普遍的51單片機(jī)）所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。我們先來認(rèn)識一下光纖，光纖是以光脈沖的形式來傳輸信號，以玻璃或有機(jī)玻璃等為網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。光纖可分為單模(Single Mode )光纖和多模(Multiple Mode)光纖。軟件是微機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件的指揮下協(xié)調(diào)完成的。按使用語言的類別來分，軟件分為機(jī)器語言，匯編語言和高級語言3種。匯編語言能編寫出最優(yōu)化的程序，且能反映出計(jì)算機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，能直接與存儲器、接口電路打交道，也能申請中斷，因此匯編語言能直接管理和控制硬件設(shè)備[1]。與光纖傳感器連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。鍵盤輸入，啟動系統(tǒng)工作，顯示設(shè)置距離及當(dāng)前距離。完成A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波（4） 測距控制。TI的MSP 系列。8位核心MCU可以考慮。AD轉(zhuǎn)換器是單向的，可以根據(jù)感應(yīng)場合選擇常用的AD0809或者精度較好，抗干擾能力強(qiáng)的MC14433。單片機(jī)系統(tǒng)中一般常用的顯示器有LED（發(fā)光二極管）、七段數(shù)碼管、點(diǎn)陣顯示屏等。顯示可采用靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。而動態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是使用的元器件少，電路簡單，缺點(diǎn)是在同等情況下沒有靜態(tài)顯示亮度高，而且占有CPU時間長[4]。(分序號)獨(dú)立式鍵盤中每一個鍵占用一根I/O口線，每個按鍵電路相對獨(dú)立，就是各按鍵之間沒有制約關(guān)系，可以獨(dú)立工作。而行列式鍵盤按照二維矩陣用導(dǎo)線將按鍵組織排列起來而形成按鍵矩陣。在實(shí)際應(yīng)用中，使用編碼器要選用優(yōu)先編碼器，并按照編碼器的優(yōu)先原則進(jìn)行按鍵蹬優(yōu)先安排。圖12光纖測距系統(tǒng)程序流程