基于fpga的高速光纤光栅解调仪的硬件电路设计

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要光纤布拉格光栅(FiberBraggGrating，FBG)传感器是一种新型传感器，其具有很多常规传感器难以比拟的优良特性。近年来，基于光纤布拉格光栅的传感检测技术蓬勃发展，由于其电气绝缘、抗电磁干扰、耐酸碱腐蚀、体积小、重量轻、灵敏度高等优点而广泛应用于煤矿、石油、化工、航空航天、建筑物结构健康监测、复杂机械系统动态监测等领域。各种实用化的光纤光栅传感解调系统的解决方案应运而生。随着应用领域的不断扩展，对解调精度、解调频率等要求也越来越高，这极大的促进了国内外关于光纤光栅传感解调技术的研究。目前国内外已出现基于不同

2、解决方案的光纤光栅传感解调的相关产品。这些产品，或解调频率低，或结构复杂，或价格昂贵，从而极大的阻碍了光纤光栅传感技术的普及。相比较而言，基于FPGA(现场可编程门阵列，Field．ProgrammableGateArray)的硬件系统能充分利用FPGA的高速、高定制性、结构简单等优点，实现光纤光栅的低成本高速解调。本文分析了光纤光栅传感的基本原理与解调方法，研究了基于光纤法布里．珀罗(Fabry．Perot，F．P)滤波解调法的光纤光栅解调系统的设计与实现，并根据解调系统的工业需求、接口以及扩展性要求等提出了采用嵌入式采集平台+PC机架构的解

3、决方案，然后根据系统指标设计了基于FPGA的高速光纤光栅解调仪的嵌入式硬件平台。该平台分为FPGA系统模块、光学器件驱动模块、信号调理模块以及电源模块四个部分。在分述各个系统模块的硬件设计方案之后，提出各个硬件电路的调试、测试方法，并结合上位机软件进行系统整体测试。在进行系统相对精度测试、温度特性测试、光强衰减测试以及振动信号测试之后，结合光纤光栅传感器的特性并参考国外相关产品分析测试数据，从而从解调精度、分辨率、温度特性、动态范围以及解调频率等方面论证基于FPGA的高速光纤光栅解调仪的硬件设计的可行性。最后，本文对该硬件设计工作进行总结，指出

4、本课题的研究成果并分析其中之不足，为下一步工作作出展望。关键词：光纤光栅；传感解调；FPGA；硬件设计武汉理工大学硕士学位论文—————————●_———————————————————————————————————————————一_AbstractFiberBraggGrating(FBG)isanewtypeofsensor．Ithasalotoffeaturesthatconventionalsensorscannotmatchwith．Inrecentyears，thesensingdetectiontechnologybasedo

5、nFBGisbooming，duetoitselectricalinsulation．fesista∞cetolelectromagneticinterference，resistancetoacidcorrosion，smallsize，lightweight，highsensitivityandSOon．Soitiswidelyusedinthecoalindustry,theoilindustry,thefieldofchemicalindustry,aerospace，thehealthmonitoringofthebuilding，t

6、hedynamicmonitoringofthecomplexmechanicalsystemsandSOon．AvarietyofthedemodulationsolutionsaboutFBGemerged，alsowiththecontinuousexpansionoftheapplications，theaccuracyandthefrequencyofthedemodulationsystemrequirestobemuchbetter,whichgreatlypromotetheresearchonFBGsensordemodula

7、tiontechniqueathomeandabroad．TherearesomeproductsbasedondifferentsolutionsrelatedontheFBGsensordemodulationathomeandabroadnow．TheseproductsalwaysperformnotSOwellbecauseofthelowdemodulationfrequency,orthecomplexstructure，ortheexpensiveprice，whichgreatlyhinderedthepopularityof

8、theFBGsensingtechnology．ThehardwaresystembasedonFPGACantakefulladvantageoft