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FPGA在高速多通道光纤光栅解调仪表中的应用

作　者: 罗进
导　师: 江山
学　校: 武汉邮电科学研究院
专　业: 信息与通信工程
关键词: 光纤光栅 FPGA 高速多通道可调谐F-P滤波器
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 2次
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内容摘要

光纤光栅作为一种新型的无源器件,由于其高灵敏度,高精度,抗电磁干扰等特点,已在传感领域引起了人们的普遍关注。光纤光栅传感技术基于波长编码,将外界的温度应力信号转变为波长信号,受光源及系统噪声的影响小。但如何对大规模多路复用的光纤光栅传感阵列进行高速高精度的解调已成为现代光纤光栅传感技术研究的重点课题。本文在介绍了现有4种常用光纤光栅解调方案的基础上重点讨论了基于可调谐F-P滤波器法的解调方案,并在其原有解调方法上进行了创新,设计了大规模多通道光纤光栅传感系统的解调方案。本文从整体的光路方案及电路处理上对本解调系统进行了说明,对系统中的各功能模块进行了定义和设计,并完成了光纤光栅解调系统硬件部分的搭建与调试,包括扫频光源模块、高精度光电转换模块、FPGA信号处理电路等部分。介绍了FPGA芯片内部结构及处理优势,分析了以Spartan.6FPGA芯片作为控制器的信号处理模块的信号解调过程,利用其高速并行的处理能力,实现了32通道的光纤光栅波长解调。并在最后分析了本系统仍值得该进的部分。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-13
  1.1 引言  7
  1.2 光纤光栅传感技术发展概况  7-9
    1.2.1 光纤光栅的发展  7-8
    1.2.2 光纤光栅传感的未来发展趋势  8-9
  1.3 光纤光栅的优势与应用  9-10
  1.4 FPGA优势介绍  10-12
  1.5 本文主要研究的内容  12-13
第2章解调系统总体设计方案  13-27
  2.1 FBG传感器基本原理  13-14
  2.2 现有的FBG解调方案  14-17
    2.2.1 光谱仪检测法  14-15
    2.2.2 非平衡M.Z干涉仪法  15
    2.2.3 匹配光栅滤波法  15-16
    2.2.4 可调谐窄带光源法  16-17
  2.3 基于FPGA的可调谐F-P解调方案  17-27
    2.3.1 解调原理分析  17-21
    2.3.2 系统整体构架  21-22
    2.3.3 FPGA在解调方案中的作用  22
    2.3.4 系统光路结构  22-27
第3章基于FPGA的解调系统硬件设计  27-39
  3.1 扫频光源模块设计  27-28
  3.2 光电转换模块设计  28-32
  3.3 FPGA信号处理模块设计  32-39
    3.3.1 芯片选型  32-33
    3.3.2 结构设计  33-34
    3.3.3 FPGA电源设计  34-36
    3.3.4 FPGA信号处理板PCB设计  36-39
第4章 FPGA算法设计  39-52
  4.1 信号处理流程总体设计  39-41
  4.2 解调算法在FPGA中的实现  41-50
    4.2.1 FPGA工程总体设计  41-42
    4.2.2 波长解调实现  42-45
    4.2.3 FPGA与ARM通信实现  45-47
    4.2.4 FPGA仿真  47-48
    4.2.5 ARM工程  48-50
  4.3 测试结果与分析  50-52
第5章总结与展望  52-53
参考文献  53-55
致谢  55-56
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文  56-57
附录2 主要英文缩写语对照表  57

FPGA在高速多通道光纤光栅解调仪表中的应用

内容摘要

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