基于F-P滤波器的光栅解调系统研究及实现

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光纤布拉格光栅(FBG)传感器已成为光纤传感器中重要的一类。FBG传感器主要采用其谐振波长漂移进行精确测量。相比电子传感器,它具有电磁不敏感,可分布远程监测等优点,因此在民用及工业等领域具有广泛的应用前景。解调技术关系着传感器的工作方式、应用范围和性能,因此对解调技术的研究和解调系统的设计,是一个非常重要的研究方向。本文首先分析光纤布拉格光栅的温度和应变传感原理。然后介绍了四种现有的光纤光栅解调方法的原理,并通过对匹配光栅滤波法、非平衡M-Z干涉仪法、边缘滤波法以及可调谐F-P滤波器法的性能进行分析与比较,选择可调谐F-P滤波器法作为本文的解调方法;设计了光纤光栅传感系统的解调方案,分析选取解调系统中的各功能元器件,并完成了光纤光栅解调系统光路部分的搭建与调试;并利用参考光栅和F-P标准具对光纤光栅波长进行校准。完成了以VirtexTM -4系列FPGA芯片XC4VLX25-10SF363I作为控制器的解调系统硬件电路设计。在Xilinx的ISE软件中利用VHDL语言完成了A/D采集电路的时序控制,实现了数据的采集;完成了D/A转换器的控制程序,实现了三角波电压输出对F-P滤波器的扫描;完成了对用DM9000A实现的以太网通信系统,实现了数据的传输;以及解算算法的实现。最后通过搭建试验平台完成了对所设计的解调系统的验证,解调精度可达到±12pm,证明了系统的可行性。
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