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1、基于衍射光柵的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究孫慶2015年01月中圖分類號：TN253UDC分類號：510.40基于衍射光柵的高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究作者姓名孫慶學院名稱自動化學院指導(dǎo)教師王濤副研究員答辯委員會主席王軍政教授申請學位級別工學碩士學科專業(yè)控制科學與工程學位授予單位北京理工大學論文答辯日期2015年1月StudyonHigh-SpeedFiberBraggGratingDemodulationSystemBasedonDiffractionGratingCandidate:QingSunSchoolorDepartment:SchoolofAutom
2、ationFacultyMentor:AssociateProf.TaoWangChair,ThesisCommittee:Prof.JunzhengWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標注和致謝的地方外，學位
3、論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對此研究工作所做的任何貢獻均已在學位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學碩士學位論文摘要光纖光柵傳感及解調(diào)技術(shù)已經(jīng)成為檢測技術(shù)領(lǐng)域研究的一大重點。目前國內(nèi)外已經(jīng)推出了基于不同解決方案的解調(diào)產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品多以靜態(tài)解調(diào)儀器為主，解調(diào)速度并不高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價格昂貴，高速高精度的解調(diào)系統(tǒng)是未來的發(fā)展趨勢。本課題以衍射光柵式的光纖光柵解調(diào)技術(shù)為基礎(chǔ)，開展了高速光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究，介紹了光纖光柵解調(diào)系
4、統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和衍射光柵的工作原理。提出了一種利用IBSENI-MON系列衍射光柵模塊，采用FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)構(gòu)建光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用FPGA可以進行并行運算，可定制化的優(yōu)點，實現(xiàn)了光纖光柵信號的高速高精度解調(diào)。本課題設(shè)計了解調(diào)系統(tǒng)的硬件電路，包括FPGA最小系統(tǒng)電路，ADC采集電路，DM9000以太網(wǎng)傳輸電路，光開關(guān)切換電路，溫度補償電路，電源電路。編寫了相應(yīng)的嵌入式數(shù)據(jù)處理和控制程序，并利用Labview構(gòu)建上位機數(shù)據(jù)接收和顯示軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、解調(diào)、傳輸、顯示及存儲功能。研究了光纖光柵傳感系統(tǒng)波長解調(diào)算法，針對高速解調(diào)的需求，在分析了光
5、纖光柵傳感器波長信號特點的基礎(chǔ)上，提出了改進型高斯擬合算法，在不影響精度的同時，有效地減小了曲線擬合的計算量。同時算法中涉及的最小二乘問題采用適合于硬件實現(xiàn)的Cholesky矩陣分解求解法。通過實驗驗證了改進型高斯擬合算法在光纖光柵信號解調(diào)中可靠有效。該光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)精度可達1pm，單通道解調(diào)速度最高2kHz，取得了良好的預(yù)期效果。關(guān)鍵詞：光纖布拉格光柵；衍射光柵；尋峰解調(diào)算法；改進型高斯擬合；FPGA；I北京理工大學碩士學位論文AbstractFiberBragggratingsensoranddemodulationtechnologyhasbeco
6、meamajorresearchdirectioninthefieldofdetectiontechnology.WiththecontinuousexpandingofFBGapplicationfield,thedemandofdemodulationprecisionanddemodulationspeedaremoreandmorehigh,whichgreatlypromotetheresearchaboutopticalfibergratingsensordemodulationtechnology.Therehavebeendifferentfi
7、berBragggratingdemodulationproductsbasedondifferentsolution,buttheseproductsaremainlyinstaticdemodulation,demodulationspeedisnothigh,thestructureiscomplexandthepriceisrelativelyhigh.ThehighspeedandhighprecisionfiberBragggratingdemodulationsystemwillbethetrendofdevelopmentinthefuture
8、.ThehighspeedfiberB
