基于fpga和f-p滤波器的光纤光栅解调系统

《基于fpga和f-p滤波器的光纤光栅解调系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TP212学校代码：10406学号：130085202011南昌航空大学硕士学位论文（专业学位研究生）基于FPGA和F-P滤波器的光纤光栅解调系统作者：龚强导师：万生鹏教授申请学位级别：硕士学科、专业：光学工程所在单位：测试与光电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：南昌航空大学TheSystemofFiberGratingDemodulationBasedonFPGAandF-PFilterADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnOpticalEngineeringByGongQiangUndertheS

2、upervisionofProf.WanShengpengSchoolofMeasuringandOpticalEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune.2016摘要光纤布拉格光栅（FiberBraggGrating,FBG）作为新型光传感器件，较传统电传感器具有耐腐蚀、精度高、抗电磁干扰、分布式传感等优势，已被广泛应用于安全监测、建筑结构、航空航天等领域。而光纤光栅解调系统一直是光纤光栅传感技术研究的重点和难点，因此设计出一套低成本、高精度的解调系统对光纤传感技术的发展具有重要意义。本文从光纤光栅

3、传感理论出发，结合实际工程应用需求，详细分析比较了5种常用解调方式，选择基于可调谐光纤法布里-珀罗（FFP）滤波器设计和研制一套光纤光栅解调系统。在测试和分析系统光路及核心部件性能后，根据FFP的扫描特性使用FPGA生成FFP驱动电源。接着针对FFP压电陶瓷（PZT）的非线性特性，通过在FPGA中使用直接频率合成（DDS）技术对其进行线性补偿。最后以FPGA为核心，设计A/D数据采集模块、串口发送与接收等硬件功能模块，成功实现了传感光栅反射谱数据的采集及FPGA与上位机之间的通信。本文基于LabVIEW平台开发上位机软件系统，首先通过编程实现了上位机对FPGA串口上传数

4、据的接收和实时显示的功能。其次，为了从有限数据中实现较精确的布拉格波长测量，提出采用L-M算法对光栅反射光谱进行拟合，得到反射光谱的峰值位置，从而实现温度/应变的测量。最后，为解决FFP自身的漂移等问题对系统测量精度的影响，提出串联一根应力传感光栅对波长进行标定的方法，使用应力标定光栅和待测温度传感光栅反射光的中心波长差对待测光栅中心波长进行修正，提高了光栅反射峰中心波长的测量精度。经测试，本系统在采用波长拟合及定标光栅后，系统解调中心波长漂移小于15pm，结合所使用的传感光栅温度波长敏感系数27.3pm/℃,系统温度解调精度小于0.55℃。关键词：FPGA，F-P滤波

5、器，LabVIEW，光纤光栅IAbstractAsanovelopticalsensor,fiberbragggratinghassomeadvantagesofcorrosionresistance,highprecision,antielectromagneticinterference,distributedsensingcomparedwiththetraditionalelectricalsensor,andithasbeenwidelyusedinsecuritymonitoring,construction,aerospaceandotherfields.

6、Thefibergratingdemodulationsystemhasbeenthefocusanddifficultyintheresearchoffibergratingsensingtechnology,itisveryimportanttodesignalowcost,highprecisiondemodulationsystemforthedevelopmentofthefiberopticsensingtechnology.Fivekindsofcommonlyuseddemodulationmethodsisdetailedanalysisandcomp

7、arisonbasingonthetheoryoffibergratingsensorandaccordingtotherequirementofpracticalengineeringapplication.BasedontunablefiberFabry-Perotfilterafibergratingdemodulationsystemisdesignedanddeveloped.FPGAisusedtogeneratethedrivingpowerofthetunableF-Pcavitybasedonthescanningcha