光纤光栅传感器波长检测与解调系统的研究

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20世纪60年代以来随着光通信技术的急速发展,相应的光纤技术和工艺也得到了较好的发展,而光纤传感技术也逐渐被人们所重视,光纤光栅传感技术是光纤传感领域的一个新的研究热点。得益于研究人员对光纤光栅的写入技术不断的进行创新和发展,光纤光栅能够实现大规模生产,伴随着对其传感技术研究的不断深入,并且凭借着其较小的体积、很强的抗电磁干扰能力、灵敏度好等优势,光纤光栅传感器正在被越来越多的应用到能源化工领域、土木工程领域、航天航空领域、电力监控领域等多个领域。光纤光栅传感器解调系统的性能好坏是传感技术能否实用化最重要的一个决定因素之一,而作为波长调制器件,如何解调出被外界物理所影响而产生漂移的波长又是解调技术的重中之重。本文基于对光纤光栅传感机理和解调技术的深入研究,进一步对光纤布拉格波长解调算法做了进一步的研究,基于现有的算法改进创新出本文的算法,并且开发了一套结合可编程逻辑门阵列(FPGA,Field-Programmable Gate Array)硬件和NIOS软核的解调系统来实现所述算法。本文主要研究的内容包括:1.研究了光纤及其衍生的光纤光栅的传感技术,了解它们的发展和现状,将光纤光栅的传感机理,传感技术和它的传感解调技术作为重点进行研究,在分析各种解调技术优缺点的基础上选定可调谐F-P滤波器解调方案,介绍了解调所需光器件的选择和F-P滤波原理,并基于FPGA和NIOS来设计本文的解调系统。2.使用VHDL硬件描述语言设计和验证了基于FPGA的各个控制电路模块包括数据采集控制的设计、可调谐F-P滤波器的驱动设计、FIR低通数字滤波器设计、对NIOS内核进行了配置,同时还详细介绍了所用平台的开发过程。3.本文对解调系统的软件进行了设计,介绍本设计中解调系统的工作流程,研究了光纤光栅传感器的波长解调算法,对高斯-多项式算法做了创新改进并验证了改进算法的可行性和解调效果,将改进算法用于本文所设计的解调系统,将其在所配置的NIOS内核中实现。
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