基于FPGA和体光栅的光纤光栅解调系统

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光纤布拉格光栅传感器具有抗电磁干扰,绝缘性好,动态范围大等优点,在石油化工,电力,煤矿等领域获得广泛应用。基于体相位光栅的动态解调方式,结合Ibsen公司的I-MON80D CCD线阵光栅解调模块,搭载FPGA(现场可编程门阵列)CycloneⅡ系列EP2C5T144C8开发板,设计出以FPGA为核心的光纤光栅传感解调系统,完成了对数据的采集处理,串口通信以及上位机的界面设计,具体内容如下:本论文首先研究了光纤光栅的温度传感机理,以及光纤光栅传感的解调方式,重点分析了体相位光栅的动态解调原理。本系统的硬件部分搭载FPGA开发板,基于线阵传感器的性能指标及输出时序,设计了基于Verilog HDL的功能模块;调用Modelsim并加载tb仿真文件搭建测试环境,验证模块功能;同时利用Signaltap软件,抓取传输数据对模块进一步debug测试。FPGA内部硬件电路模块设计主要由时钟源模块,PLL锁相环,数据采集模块,双FIFO缓存及位宽转换模块,数据传输模块等部分构成。基于LabVIEW的软件开发环境,完成了上位机的设计。通过调用内部VISA的API函数,实现了串口与上位机间的通信。通过调用系统内部控件,编写上位机软件实现对线阵传感器80像元采样数据的完整读取,重建了光纤光栅反射谱图像。本解调系统经过测试,具有解调方案简单,稳定可靠,实用性强等优点,可以进一步开发定制满足特定需求,界面友好的人机交互界面。
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