基于fpga的efpi光纤瓦斯传感系统的研究

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1、ADissertationinControltheoryandControlengineeringResearchofEFPIopticalgassensingsystembasedonFPGACandidate：YeYingliangSupervisor：ZhouMengranSchoolofElectricalandInformationEngineeringAnHuiUniversityofScienceandTechnologyNo．168，ShungengRoad，Huainan，23

2、2001，P．R．CHINA独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下送行的研究工作及取得的研究成果．据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塞徼理墨太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料．与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日期：坦立盔咀月』日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解壹擞堡王太堂有保留、使用学位论文的规定，印：研究生在校攻读学位期阍

3、论文工作的知识产权单位属于塞垡墨王太堂．学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阕。本人授权安徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名导师签名：签字日期：矽·；年蜃月手日签字Et期：∥·；年彳月‘琢摘要摘要近年来，我国煤矿因安全监测技术不足，导致煤炭生产事故频繁发生，其中瓦斯事故占据较大比重。我国煤矿安全监测使用较多的是由传统的黑

4、白催化元件和热导元件构成的瓦斯传感器。由于黑白催化元件频繁定标，热导元件误差大以及这两种混合元件对瓦斯的突出响应不够迅速等不足之处，使得该检测技术无法精确测量瓦斯浓度。针对我国现有煤矿瓦斯监测技术的弊端，本文设计了一种基于FPGA的EFPI光纤瓦斯传感系统。该系统采用新型光纤传感器能够快速、精确测量瓦斯浓度信号，并且通过FPGA来完成信号的快速运算与处理，能够在很大程度上满足煤矿安全监测的需求。本文首先介绍了光纤、光纤传感器和光纤传感的基本原理；然后对系统的总体结构及组成部分作了详细介绍；接下来

5、分别详述了系统的软硬件设计方法，系统的硬件部分由FPGA负责信号采集和A／D转换，利用快速傅里叶变换(FFT)算法对采集信号进行优化处理和存储，由CAN总线将系统数据上传给地面上位机。系统软件部分分别通过OuartusII和NiosII两个开发平台建立和配置系统软硬件工程，创建NiosII软核、锁相环PLL，通过编程调试实现FPGA的在线硬件仿真。最后对上位机软件参数进行设置，将CAN总线上传的数据在线进行显示和处理，通过分析瓦斯浓度曲线的具体变化，图[46]表[5]参[60]关键词：瓦斯；EF

6、PI光纤传感器；FPGA；分类号：TD76实现瓦斯浓度的在线监测与报警处理。OuartusII：NiosII[注：本课题来源于国家自然科学基金和神华集团有限公司联合资助(51174258)；安徽省自然科学基金资助(11040606M103)；安徽省高校自然科学研究重点项目资助(J2011A0973)】AbstractInrecentyears，China’Scoalminesafetymonitoringtechnologyduetolackingofcoalproductionresultin

7、gaccidentsoccurfrequently,whichoccupyalargeproportionofgasaccidents．WealwayschoosethegassensorsmadebytraditionalblackandwhitecatalyticandthermalconductivitycomponentsforcoalminesafetymonitoringBecauseblackandwhitecatalyticcomponentfrequentcalibration

8、，thermalconductivitycomponenterrorsandtwolargegasmixingelementsontheoutstandingresponsewasnotquickenoughSOinadequate，SOthatthedetectiontechnologycannotaccuratelymeasurethegasconcentration．Inviewoftheexistingdisadvantagesofcoalminegasmonitoringtechnol