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基于FPGA的LFMCW_THz成像数据采集与传输系统应用研究

作　者: 冯永
导　师: 高富强
学　校: 重庆大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 调频连续THz波 数据采集 数据传输 太赫兹成像 FPGA
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要


太赫兹波通常是指频率处于0.1THz-10THz之间的电磁辐射，它处于红外和毫米波之间，是目前国际上倍受关注的前沿技术。太赫兹波具有诸如瞬态性、相干性、透射性、吸水性、安全性等特点，可以广泛的应用于各大领域，并且结合太赫兹波带宽大与线性调频连续波（LFMCW_THz）可以实现距离高分辨率和三维成像，尤其在无损检测和安全检测领域具有很高的研究和利用价值。目前国内在LFMCW_THz成像关键技术和成熟产品研发方面存在不足，因此很有必要开展该领域的应用研究。文章通过对太赫兹波的产生和探测机理进行了研究，完成了调频连续太赫兹波成像系统的搭建。系统采用双基频源通过倍频技术产生太赫兹辐射和本振信号，使用混频探测方式完成信号的探测和中频信号的获取，通过采集与传输得到数字信号最后完成图像重建工作。设计搭建的系统动态范围较大、距离向分辨率为10mm，可以进行二维和三维成像。系统可以运用于无损检测领域，完成对塑料泡沫等绝热材料内部存在的气孔、脱粘、夹杂物等检测；运用于安全检测领域，完成对机场安全检查、炭疽病菌等生化物品检测等。进一步对调频连续太赫兹波成像系统的数据采集与传输部分进行了研究给出了具体的实现，完成了数据采集与传输部分的硬件设计。对数据采集部分进行了软件设计和测试，实现了1M频率信号的复现采样，进行了数据采集与传输系统的整体调试。测试结果表明采集部分能很好的完成系统当前采样要求，对采样周期的调整可以满足系统升级后的采样要求；同时采集与传输系统可以运用于其它的系统上，如X射线成像系统（工业CT中）。总之，文章对调频连续太赫兹波成像系统进行了全面、系统、详细的分析和探索。对系统的数据采集和传输部分进行了研究，研究结果对调频连续太赫兹波成像有着重要的意义。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题研究背景  8-10
    1.1.1 太赫兹简介  8
    1.1.2 太赫兹辐射的特性  8-9
    1.1.3 太赫兹辐射的应用  9-10
  1.2 太赫兹及太赫兹成像国内外研究现状  10-13
  1.3 课题研究内容及意义  13-16
2 调频连续太赫兹波成像系统方案研究  16-32
  2.1 太赫兹波的产生与检测  16-20
    2.1.1 太赫兹波的产生  16-18
    2.1.2 太赫兹波的检测  18-20
  2.2 连续太赫兹波成像方式的分类  20-22
    2.2.1 透射式成像  20-21
    2.2.2 反射式成像  21-22
  2.3 调频连续太赫兹波成像系统  22-28
    2.3.1 成像系统的整体结构  22-25
    2.3.2 中频信号频率获取  25-28
  2.4 数据采集与传输系统整体结构分析  28-30
  2.5 本章小结  30-32
3 数据采集与传输模块研究与系统硬件实现  32-52
  3.1 数据采集模块方案研究  32-36
    3.1.1 A/D 方案选择  32-33
    3.1.2 AD7626 介绍  33-36
  3.2 数据传输模块方案研究  36
    3.2.1 传输方案设计  36
  3.3 系统主控制器选择  36-37
  3.4 系统硬件实现  37-51
    3.4.1 前端驱动电路  38-39
    3.4.2 A/D 转换电路  39-40
    3.4.3 基准电压  40-41
    3.4.4 PHY 芯片电路  41-44
    3.4.5 FPGA 及外围电路  44-48
    3.4.6 电源管理电路  48-51
  3.5 本章小结  51-52
4 数据采集与传输系统逻辑实现  52-62
  4.1 硬件描述语言  52-53
    4.1.1 概述  52
    4.1.2 Verilog HDL 语言  52-53
  4.2 基于 Verilog 的系统设计流程  53-55
  4.3 系统设计思想及逻辑设计框架  55-56
  4.4 模块介绍  56-61
    4.4.1 时钟模块  56-57
    4.4.2 A/D 转换模块  57-61
  4.5 本章小结  61-62
5 系统调试与分析  62-76
  5.1 硬件调试  62-65
  5.2 逻辑调试  65-72
  5.3 性能分析  72-74
  5.4 本章小结  74-76
6 总结与展望  76-78
  6.1 论文总结  76
  6.2 项目展望  76-78
致谢  78-80
参考文献  80-82
附录  82
  A.作者攻读学位期间取得专利目录  82
  B.作者攻读学位期间参与项目情况  82

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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 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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