基于fpga光纤光栅传感器解调系统研究与设计

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1、基于FPGA光纤光栅传感器解调系统研究与设计专业名称：申请人：指导教师：电路与系统李璩璐曾庆科论文答辩委员会一疆豫席员主委J“西师范火学硕J：学位论文基于FPGA的光纤光栅传感器解调系统研究与设计研究生：李璨璐导师：曾庆科专业：电路与系统研究方向：光纤传感器年级：2011级摘要光纤之父高锟开启了光子技术的大门，衍生出来的光纤传感器目前越来越多的用到各种大型工程安全环境监测方面。利用巧妙的光栅波长的变化量得出传感信息使得传感器得到了更快速的发展，其中布拉格光栅首当其冲，在桥梁、地铁、水库项目中越发的游刃有余。各国研

2、究人员也积极投身进研究光纤光栅的队伍中，目前热点课题也是促成本文研究的初衷之一。本文针对的是光纤光栅的解调能否更小型化、即插即用、测量精度更高这几个侧重点，研究设计出‘套符合这几点要求的光纤光栅传感解调装置是本文努力的方向和重点。本文首先介绍光纤光栅的耦合模理论，分析光纤布拉格光栅的温度和应变传感原理，研究光纤光栅传感器的交叉敏感原理及解决方法。其次介绍了4种现有的光纤光栅解调方法的原理，并通过对复合干涉解调法、匹配FBG可调滤波检测法、光纤Fabry—Pero滤波器解调法及非平衡Maeh—Zehnder(马赫一

3、泽德)干涉解调法的性能进行分析与比较，选择可调谐F．P滤波器法作为本文的解调方法；设计了光纤光栅传感系统的解调方案，分析选取解调系统中的各功能元器件，并完成了光纤光栅解调系统光路部分的搭建与调试；理论分析了参考光栅应用与波长校准的原理，并利用参考光栅和F—P标准具对光纤光栅波长进行校准。最后的一部分完成了以FPGA芯片EP2CQ208CSN作为控制器的解调系统软硬件的设计，设计的数据采集与传输系统其中包括硬件设计、软件设计和上位机设计三部分，利用Verilog硬件描述语言编写模数转换芯片驱动程序，并将其包装成自定

4、义知识产权核。硬件定制是根据实际硬件，向FPGA芯片中嵌入NiosII软核处理器和定制硬件映射地址等。软件程序是根据定制的硬件映射地址等编写程序，使其能够实现控制模数转换模块进行模数转换、读取数据并进行数据处理、控制网络模块实现TCP／IP连接并传输数据等功能。最终配合设计的上位机进行测试和实验。本文设计的光纤光栅解调数据采集与传输系统符合设计要求，达到了设计的预定目标。关键字：光纤光栅传感器；数字采集；FPGA；NiosII广西师范大学颀。1

5、：学位论文TheResearchandDesignofDemodul

6、ationSystemforOpticalFiberGratingSensorBasedonFPGAGraduateStudent：JingluLiSupervisor：QingkezengMajor：CircuitsandsystemsGrade：2011ResearchDirection：OpticalfibersensorAbstractPhotontechnologydoorwasopenedbythefatherofopticalfiberCharleskao、Ⅳitllwhichopticalfibe

7、rsensorismoreandmoreusedinallkindsoflargeengineeringsafetyenvironmentmonitoring．Thesensorhasbeenarapiddevelopmentbecauseofthistraitisthatsensinginformationbyclevermeasurementofgratingwavelengthvariation．TheBragggratingisthefirstname，whichonthebridge，thesubway

8、,theapplicationofreservoirprojecthaveverygood．TheresearchersalsodevotedintothestudyoffiberBragggratingwhichwasalsocontributedtooneofthepurposeofthisarticleresearch．ThisarticleiSaboutFiberBragggratingdemodulationneededtoimplementmoreminiaturization，plugandplay

9、,themeasuringaccuracyWaShigher．DesignasetofcomplyingwiththerequirementsofthisfiberBragggratingsensordemodulationdeviceistheeffortdirectionandfocusinthispaper．First，FiberBragggratingcouple