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基于DSP的干涉型光纤传感器PGC解调系统的研究

作　者: 夏东明
导　师: 娄淑琴
学　校: 北京交通大学
专　业: 光通信与移动通信
关键词: DSP TMS320C6416 干涉型光纤传感器 相位载波(PGC)
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


于涉型光纤传感器因其灵敏度高、动态范围大、结构多样化等优点越来越受到各发达国家的高度重视,成为光纤传感领域的一个研究热点。干涉型光纤传感器的解调方法直接影响传感系统的动态范围、检测精度等重要参数。在多种解调方法中,相位载波(PGC)解调技术应用广泛,结构简单但后续信号处理非常复杂,如果把该技术数字化实现,将能充分发挥该技术的优势。本文基于DSP TMS320C6416开发板,对干涉型光纤传感器的PGC解调系统进行了研究和设计,完成的主要工作成果如下：(1)分析干涉型光纤传感器的基本原理,用贝塞尔(Bessel)函数理论对基于Mach-Znhnder光纤干涉仪的PGC解调技术进行了研究,并用MATLAB进行了算法仿真,验证了方案的可行性。(2)对PGC解调系统中的关键技术进行了研究和仿真分析,如调制参数的选择、对比度的影响、采样频率的选择、动态范围上限和下限的影响因素等。(3)掌握DSP TMS320C6416开发板的开发流程,重点研究了CPU、流水线、多通道缓存串口、EDMA控制器、高速AD等软硬件资源及其性能特征。利用C6416芯片的EDMA参数链接技术,设计了利用乒乓缓存的数据采集方案,提高了系统的实时性。(4)利用DSP的集成开发环境CCS,设计适用于DSP的PGC解调算法的程序块及相应的DSP开发模块,主要包括一倍频和二倍频信号的产生、低通滤波器、微分交叉相乘、微分算法、积分算法及DSP的初始化配置等。在CCS中对程序进行调试,得到了较理想的解调结果。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-16
  1.1 光纤传感技术  10
  1.2 干涉型光纤传感器解调技术的研究现状  10-14
  1.3 课题研究目的和意义  14
  1.4 本文主要内容  14-16
2 干涉型光纤传感器原理及PGC解调技术  16-24
  2.1 引言  16-17
  2.2 干涉型光纤传感器理论基础  17-19
    2.2.1 相位调制原理  17-18
    2.2.2 Mach-Zehnder双光束光纤干涉仪的检测原理  18-19
  2.3 相位载波(PGC)解调技术  19-23
    2.3.1 PGC解调技术的实现原理  19-20
    2.3.2 PGC解调技术的数学分析  20-23
  2.4 本章小结  23-24
3 PGC数字化解调系统设计  24-34
  3.1 数字化实现的必要性  24-25
    3.1.1 数字化方法的优势  24
    3.1.2 数字化方法要考虑的问题  24-25
  3.2 TMS320C6416 DSP简述  25-26
  3.3 DSP和高速AD的连接  26-28
    3.3.1 ADS8422芯片介绍  27
    3.3.2 ADS8422与DSP芯片的接口设计  27-28
  3.4 数据存储方案  28-33
    3.4.1 多通道缓冲串口McBSP  28-30
    3.4.2 增强的直接存储器访问EDMA  30
    3.4.3 乒乓缓存的实现  30-33
  3.5 本章小结  33-34
4 PGC解调系统关键技术研究  34-48
  4.1 调制参数C值的选取  34-35
  4.2 采样频率的选择  35-40
    4.2.1 干涉信号频谱分析  35-38
    4.2.2 数字化实现的最低采样频率  38-40
  4.3 PGC解调系统动态范围研究  40-43
    4.3.1 系统的动态范围上限分析  40-42
    4.3.2 系统的动态范围下限分析  42-43
  4.4 数字滤波器的设计  43-47
    4.4.1 FIR滤波器的设计  43-45
    4.4.2 FIR滤波器的实现与优化  45-47
  4.5 本章小结  47-48
5 实验结果与分析  48-58
  5.1 PGC解调系统中的仿真分析  48-51
    5.1.1 系统动态范围的验证  48-49
    5.1.2 对比度B值的影响及传统AGC电路的不适用性  49-51
  5.2 PGC解调算法在DSP中的实现  51-57
    5.2.1 DSP系统软件设计流程  51-52
    5.2.2 数据的采集  52-53
    5.2.3 解调算法在DSP中的实现  53-57
  5.3 系统开发中遇到的问题及注意事项  57
  5.4 本章小结  57-58
6 总结与展望  58-60
  6.1 课题总结  58
  6.2 研究展望  58-60
参考文献  60-62
作者简历  62-64
学位论文数据集  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 物理传感器 > 光传感器
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