工业用光纤光栅解调系统的设计与实现

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:yangsh1967
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光纤光栅传感器具有容量大、质量轻、抗电磁干扰、电绝缘性高、便于分布式测量等优点,广泛应用在智能结构、工业制造、生物医学、自然生态及人居环境等领域。近年来,光纤光栅传感技术的飞速发展促进了国内外对于光纤光栅传感解调技术的研究。目前市场上已经出现了基于不同解调技术的光纤光栅传感器解调产品,但这些产品要么价格过于昂贵,要么测量范围窄或功能单一,限制了光纤光栅传感器在工业领域的应用普及,进行实用的低成本工业用光纤光栅解调系统的研究与实现具有重要的意义。本文深入研究了光纤光栅解调系统,设计出了实用的工业用光纤光栅解调系统。该光纤光栅传感解调系统基于片上系统(System on a programmable chip, SOPC)技术来实现,充分发挥其可定制性高、硬件描述语言速度快、系统稳定性高扩展性好等优势,适合工业应用。主要研究工作如下:(1)在研究国内外光纤光栅传感解调技术发展现状的基础上,分析了光纤光栅传感器和光纤光栅传感解调的基本原理,然后分析和对比了几种常用的光纤光栅传感器解调方法。(2)根据工业应用的特点和系统功能需求设计了基于现场可编程门阵列(Field programmable gate array, FPGA)平台的低成本工业用光纤光栅传感解调系统的方案,该方案基于SOPC技术,主要分为FPGA单元、光学单元、系统电源、光电转换以及底层软件五个部分。(3)实现各个模块硬件电路,并完成SOPC系统外围驱动模块的硬件描述语言设计,进行μC/OS Ⅱ操作系统的网络通信及数据处理传输软件设计。(4)在完成系统各模块的软件和硬件调试基础上,对系统整体进行功耗、解调效果、稳定性和工作温度范围的测试分析。最后对本文所做工作进行总结,并分析了该研究成果中的不足之处,对今后工作做出展望。实验结果表明本文所设计与实现的光纤光栅解调系统在80Hz解调频率时,解调精度达到±3pm,分辨率为1pm,验证了该以FPGA为平台的低成本工业用光纤光栅解调方案的可行性和实用性。
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