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

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1、１３２２０１０２７ＴＰ９２９１學(xué)號(hào)：１０２７０分：．１學(xué)校代碼；類號(hào)碩±學(xué)位論文基于ＦＰＧＡ的光纖光欄傳感解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)若學(xué)院；信息與機(jī)電工程學(xué)院＿專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)硏究方向：光纖傳感—；周巧研究生姓名指導(dǎo)教師：武向農(nóng)２０１６年３月完成日期：論女獨(dú)創(chuàng)性聲明本論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。論文中除了特別加ＵＵ示注和致謝的地方外，不包含其他人或機(jī)構(gòu)己經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。其他同志對(duì)本研究的啟發(fā)和所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明痛的聲明并表示了謝意。作者簽

2、名：同日期；叫ＬＬ午論女使用授權(quán)聲明本人完全了解上海師范大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，目Ｐ：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？晒颊撐牡娜炕虿浚崳?、。保密的論文在解密后遵守此分內(nèi)容，可Ｗ采用影印縮印或其它手段保存論文規(guī)定。：作者簽名：同導(dǎo)師簽名期午上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要摘要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(lái),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

3、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)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)

4、鍵技術(shù)，即峰值檢測(cè)技術(shù)，本文改進(jìn)了基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、-4峰值、帶寬和面積。設(shè)計(jì)算法精確度為10。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100KHz，分辨率為8bit；SRAM模塊的設(shè)計(jì)；數(shù)值顯示模塊的設(shè)計(jì)。4.用DSPBuilder庫(kù)在MATLAB中設(shè)計(jì)了數(shù)字濾波模型，MATLAB與Quartusii和Modelsim軟件相互配合，將在MATLAB

5、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quartusii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(guò)系統(tǒng)的采集端對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)緩存和濾波后在數(shù)值顯示端顯示轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的數(shù)值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了數(shù)字化解調(diào)系統(tǒng)所能解調(diào)的模擬電壓范圍3.6V至4.0V，具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：FPGA、信號(hào)采集、光纖光柵傳感、解調(diào)系統(tǒng)、峰值檢測(cè)IShanghaiNormalUniversityMasterof

6、EngineeringAbstractAbstractFibergratingsensorisakindofsensorwhichisgraduallymature.Ithasmanyexcellentcharacteristicswhichotherkindsofsensorsdonothave.Inrecentyears,thesensortechnologybasedonfibergratinghasdevelopedwithhighspeed,becauseofitselectricalinsulation,anti-electromagneticinter

7、ference,acidcorrosion,smallsize,lightweight,highsensitivityandsoon,ithasbeenwidelyusedincoal,petroleum,chemical,aerospace,buildingstructuralhealthmonitoring,dynamicmonitoringofcomplexmechanicalsystemsandotherfields.Therearesomeproductsbasedondifferentsolutionsrelatedonthefibergrating