基于FPGA的光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、光纖光柵傳感器是一種日漸成熟的傳感器,其具有很多常規(guī)傳感器難以比擬的優(yōu)良特性。近年來,基于光纖光柵的傳感檢測(cè)技術(shù)蓬勃發(fā)展,由于其電氣絕緣、抗電磁干擾、耐酸堿腐蝕、體積小、重量輕、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于煤礦、石油、化工、航空航天、建筑物結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
　　目前國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)基于不同解決方案的光纖光柵傳感解調(diào)的相關(guān)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品,或解調(diào)頻率低,或結(jié)構(gòu)復(fù)雜,或價(jià)格昂貴,從而極大地阻礙了光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)

2、展。相比較而言,基于FPGA的硬件解調(diào)系統(tǒng)能充分利用FPGA的高速、高定制性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)光纖光柵的低成本高速解調(diào)。本文從光纖光柵傳感的系統(tǒng)組成和解調(diào)原理入手，著重研究了光纖光柵傳感解調(diào)的尋峰算法研究和硬件解調(diào)模塊的設(shè)計(jì)。本文的主要工作如下：
　　1.深入研究了光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的組成和工作原理，對(duì)比分析研究了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的經(jīng)典解調(diào)方案。
　　2.針對(duì)光纖光柵傳感解調(diào)中的關(guān)鍵技術(shù)，即峰值檢測(cè)技術(shù)，本文改進(jìn)了基

3、于平滑濾波和最小二乘法擬合的尋峰算法，改進(jìn)后的尋峰算法不僅可以精確標(biāo)定光纖光柵反射譜的峰值，還可以計(jì)算出光纖光柵反射信號(hào)譜峰值中心波長(zhǎng)的位置、峰值、帶寬和面積。設(shè)計(jì)算法精確度為10-4。
　　3.使用Verilog硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)了光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的數(shù)字處理電路的各個(gè)模塊，即數(shù)據(jù)采集和A/D模塊的設(shè)計(jì)，A/D的轉(zhuǎn)換速率為100 KHz，分辨率為8 bit；SRAM模塊的設(shè)計(jì)；數(shù)值顯示模塊的設(shè)計(jì)。
　　4.用DSP Bui

4、lder庫(kù)在MATLAB中設(shè)計(jì)了數(shù)字濾波模型，MATLAB與Quartus ii和Modelsim軟件相互配合，將在MATLAB中設(shè)計(jì)的濾波模型在Modelsim中進(jìn)行了RTL級(jí)仿真，最后將濾波模型轉(zhuǎn)換為可在quartus i i編譯的硬件描述語(yǔ)言。
　　5.最后進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了文中所設(shè)計(jì)的由A/D模塊、SRAM數(shù)據(jù)緩存模塊、FIR數(shù)字濾波模塊和數(shù)值顯示模塊所組成的數(shù)字化解調(diào)系統(tǒng)功能，即通過系統(tǒng)的采集端對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，采集到