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随着光纤光栅传感的使用越来越广泛,在实际应用中所遇到的问题也越来越多,实际工程对光纤光栅的解调技术要求也越来越高,以往的解调技术已很难跟上实际需求,同时,随着嵌入式技术、计算机技术和网络技术的发展,使得光纤光栅传感解调技术有了很大的进步,而具有更稳定的性能和更强大的功能,以及适用于大型和复杂的结果监测,是未来的研究和发展方向,设计开发一种实时大容量光纤传感解调系统成为当前的迫切需要。在这样的背景条件之下,本文深入研究了光纤光栅传感原理与技术,设计并实现了基于FPGA与DSP的实时光纤光栅传感解调系统。论文主要完成了以下工作:
(1)在分析现有典型光纤传感解调方案的基础上,结合光纤光栅传感复用技术采用了一种基于FPGA与DSP的光纤光栅传感解调方案,实验结果表明,采用可调谐窄带光源的基于FPGA与DSP的光纤传感解调方案与传统方案相比,具有较高的系统容量和信噪比。
(2)研究了光纤F-P滤波器的工作原理、特性与技术指标。在压电陶瓷的驱动电压作用之下,法布里腔的腔长将发生相应变化,在变化的腔长作用下,透射波长也会发生相应变化,经过实验验证可知,技术指标能够满足光纤传感系统要求。
(3)对基于FPGA与DSP的光纤光栅传感解调系统进行了研究与设计。采用FPGA配合高速DSP芯片来代替传统的微控制器进行光栅信号的检测与计算。利用FPGA来实现高速实时并行光纤光栅的信号检测,采用高速DSP芯片进行系统波长的运算。该系统具有高速的实时处理能力,并可提供丰富的接口类型,满足实时以太网通信的应用需要。由于采用可调谐窄带激光光源及高精度检测电路,该系统具有较高的运算速度和精度,将信号的高速运算和数据传输有机结合在一起使得真个系统的性能得到了较大的提高与完善。