測量沖擊波到達(dá)時(shí)間的陣列式光纖探針系統(tǒng)研究.pdf

1、光纖探針系統(tǒng)作為沖擊波參數(shù)測量的設(shè)備之一，具有耐高溫/高壓、耐沖擊、不易受電磁干擾、傳輸損耗小、頻帶寬、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，小型化、儀器化成為光纖探針系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。
　　本文在深入研究傳統(tǒng)光纖探針系統(tǒng)基本理論及實(shí)現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前廣泛應(yīng)用的FPGA技術(shù)，對(duì)小型化、儀器化光纖探針系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究，提出了一種可行方案，并給出了相應(yīng)設(shè)計(jì)及仿真。
　　該方案采用自主發(fā)光技術(shù)

2、，以調(diào)制的激光信號(hào)作為沖擊波波面信息的載波信號(hào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力；采用Xlinix公司Virtex IV系列FPGA芯片作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行控制，將高速數(shù)據(jù)暫存在SRAM后再以低速傳出，大大簡化了邏輯控制電路的設(shè)計(jì)，且省去了價(jià)格高昂體積龐大的高速數(shù)字示波器，可降低系統(tǒng)成本，減小系統(tǒng)體積。以上方法在光纖探針系統(tǒng)中的應(yīng)用在國內(nèi)外均未見報(bào)道。另外，該方案還采用光纖陣列進(jìn)行多路設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的空間分辨率可由傳統(tǒng)光纖探針系統(tǒng)最高

3、0.4 mm左右提高至130μm左右；且系統(tǒng)采用異步串口通信，將采集到的數(shù)據(jù)上傳到PC機(jī)上進(jìn)行處理，具有傳輸線少、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件及軟件兩個(gè)部分。硬件方面，根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案框圖選擇元器件，并根據(jù)要求對(duì)各芯片進(jìn)行了選型；構(gòu)建電路系統(tǒng)，完成各部分電路的時(shí)鐘電源設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)，以及 FPGA的復(fù)位電路、配置電路等的設(shè)計(jì)，得到了硬件電路部分的原理圖；在綜合考慮高速信號(hào)的傳輸線理論，及反射、串?dāng)_及地彈等信號(hào)

4、完整性問題的基礎(chǔ)上，根據(jù)原理圖繪制出八層PCB版圖。軟件方面，以Xlinix公司提供的ISE為開發(fā)平臺(tái)，使用verilog硬件開發(fā)語言對(duì)FPGA內(nèi)部各模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，完成了各模塊的RTL級(jí)代碼編寫。FPGA芯片作為數(shù)據(jù)流的控制中心，主要由DCM模塊、MGT模塊、SRAM控制模塊、UART模塊等組成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)SRAM芯片、光收發(fā)模塊、串口等的控制。由于DCM模塊及MGT模塊的原始設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，本文采用了Xilinx公司成熟高效的IP（In