一、概述 

    光纖陀螺儀是一種基于光學Sagnac干涉效應的新型角速度敏感元件，可測量運動物體的角速度。將光纖陀螺的測量裝置沿被測曲線或曲面運動，記錄其角速度變化值，可測得該裝置行駛的軌跡，繼而得到被測對象的表面曲線。由于該測量方法只需要架設測量軌道，基準點容易確定（以起點為基準），能夠連續、長時間、反復測量并保證較高的測量精度，所以這是一種具有廣泛應用前景的新型測量方法。但實際工程多半是室外作業，被測對象離監控室往往幾十、上百公里，而且環境惡劣，尤其是水下工程，無法用電纜來進行數據傳輸，所以需要將光纖陀螺密封在一個“黑箱”中，要求其能夠自給電源并完成自動數據記錄和存儲任務。而嵌入式PC在惡劣環境下（比如高溫、潮濕和震動等）能長期可靠工作，所以利用嵌入式PC/104作為平臺，采用模式化設計能得到光纖陀螺變形測量系統的最佳方案。

    PC/104是嵌入式PC的機械電氣標準，它秉承了IBM-PC開放式總線結構的優點，完全與PC/AT機兼容，并且具有超小尺寸、超低功耗、抗干擾、抗惡劣環境好、開發周期短等優點。它采用緊湊的自棧式、模塊化結構，軟件采用模塊化語言（如C、C++）和面向對象的編程方法。整個嵌入式PC體系結構可以作為一個超級芯片，具有所有主板功能及RAM和BIOS，無須擔心PC-BIOS修改。PC/104CPU模塊還具備“固態盤”，不必擔心程序的 “固化”問題。采用PC/104作光纖陀螺測量控制平臺能使控制系統硬件結構簡單、功能強大，軟件編程容易、系統維護和升級方便。

    二、系統組成與工作原理 

    本文主要是針對嵌入式光纖陀螺形變測量系統的專用化、靈活性而設計的，系統以PC/104為控制中心，配有控制邏輯電路、電子硬盤、液晶顯示器和存儲芯片，可以完成光纖陀螺牽引速度調節、數據存儲，實時角速度顯示、啟動/停止控制。外接顯示器和打印機可顯示或打印被測形變曲線。

    1、PC/104系統

    第一塊PC/104誕生于1987年，但嚴格意義的規范說明在1992年才公布。PC/104是一種專門為嵌入式控制而定義的工業控制總線，而 IEEE-P996是PC和PC/AT工業總線規范，IEEE協會將它定義為IEEE-P996.1，因此，PC/104實質上就是一種緊湊型的 IEEE-P996。其信號定義和PC/AT基本一致，但電氣和機械規范卻完全不同，是一種優化的、小型、堆棧式結構的嵌入式控制系統。

    該系統主控中心采用486DX級別的S104/DX-440主機板，與普通PC/AT計算機完全兼容，具有下列特點：
    （1）采用低功耗486CPU，并可通過跳線調節CPU的頻率。
    （2）顯示內存由512K增強至1M，進一步豐富了圖形顯示功能。
    （3）同時提供CRT/LCD顯示接口，可支持各種顯示屏。
    （4）提供一個在板DOC（Disk On Chip）插座，可支持8M～144M的DOC。
    （5）主板支持2個串行口。COM1為標準的RS-232接口；COM2則可在RS232、TTL電平、RS485之間三選一。
    （6）DX-440主板上有1個并行口，為標準的LPT雙向打印口。
    2、鍵盤與顯示                
    通過PC/104主模塊標準鍵盤接口連接小鍵盤，用于對光纖陀螺的牽引速度進行查閱、控制和調節。                 
    顯示部分可以采用液晶顯示模塊配PC/104顯示接口，通過軟件編程顯示光纖陀螺的測量角速度和被測物體變形曲線。
    3、光纖陀螺形變測量原理
    放置在測量系統中的光纖陀螺儀是對角速度敏感的傳感器，當裝載有光纖陀螺儀的測量裝置緊貼被測物體的表面行進時，就可以測得裝置運行的軌跡，繼而得到被測物體表面的形變。
  
    4、系統控制軟件

    控制軟件采用C語言編程，在TurboC++3.0環境下開發系統的控制軟件由主程序、數據采集程序、液晶顯示程序等幾部分組成，采用模塊化結構設計?？刂栖浖軌蛲瓿蓪y量參數的設定和顯示/啟動和停止測量/記入光纖陀螺和速度計輸出/繪制被測物體的一維曲線。控制軟件流程圖3所示。

    5、實驗結果 

    在實驗中，我們選用一臺從國外進口的數字輸出型單軸干涉型RD系列光纖角速度陀螺儀，其輸出最高角速度為±100°/s，測量精度為0.014o /s，比例因子為0.00305°/s/bit，數據輸出頻率fout＝10Hz。我們為該系統搭建了一個有坡度和繞度的模型，用以模擬一維曲線。模型原始數據用“×”表示（淺色線），實際測量到的軌道曲線用“－”表示（深色線）。經過多次對模型測量，實驗結果（圖4）表明該系統工作穩定可靠，具有較高的測量精度，能夠滿足工程測量的要求。

    三、結束語 

    PC體系結構的流行不僅造就了整個PC產業，也為嵌入式計算機提供了一種新的方向，PC/104為嵌入式系統提供了“面向對象”的設計理念，它特有的尺寸微型、功能強大、性能高和價格低廉的優點使其成為一個模塊化部件而廣泛應用于各種嵌入式系統中。

    以嵌入式PC/104為平臺的光纖陀螺工程形變測量系統具有以下優點：

    （1）系統模塊化結構使系統硬件結構簡單，控制靈活，有很強的適應性。

    （2）大尺寸液晶顯示屏和小鍵盤，人機界面友好，操作方便簡單。

    （3）系統小型化，適應野外試驗，減少人工強度。

    （4）電路集成化，提高了系統的可靠性。

    在將該裝置投入到實際應用前，我們還需要對該測量系統進一步改進和完善，以適應實際大型結構形變測量的需要。