【摘要】：光纖光柵具有體積小、靈敏度高、抗電磁干擾等諸多優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于眾多傳感檢測領(lǐng)域,如大型建筑工程、航空航天、核工業(yè)等。對傳感光柵反射光信號的解碼過程稱為解調(diào),解調(diào)單元的工作性能對整個傳感檢測系統(tǒng)至關(guān)重要,因此,開發(fā)一套成本低、解調(diào)速度快、檢測精度高的解調(diào)系統(tǒng)具有重要意義。本文設(shè)計了一種以半導(dǎo)體光放大器為高速光開關(guān)的級聯(lián)弱反射全同光纖光柵時分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng),利用半導(dǎo)體光放大器控制產(chǎn)生選通光脈沖,從而實(shí)現(xiàn)級聯(lián)光纖光柵反射光在時域上的分離。本課題的主要工作內(nèi)容如下:首先,通過查閱大量相關(guān)文獻(xiàn),對光纖光柵解調(diào)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,并對現(xiàn)有弱反射級聯(lián)光纖光柵解調(diào)技術(shù)存在的問題進(jìn)行了論述;其次,結(jié)合級聯(lián)弱反射全同光纖光柵傳感器在工程應(yīng)用中的實(shí)際需求,提出一種基于半導(dǎo)體光放大器的時分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng),并根據(jù)解調(diào)系統(tǒng)各組成部分的參數(shù)需求進(jìn)行系統(tǒng)整體方案設(shè)計;再次,設(shè)計了基于FPGA系統(tǒng)的高速光開關(guān)驅(qū)動單元和數(shù)據(jù)采集單元,完成了相關(guān)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計;最后,利用所設(shè)計的時分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)對4個弱反射全同光纖光柵進(jìn)行級聯(lián)解調(diào),開展了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作,對解調(diào)系統(tǒng)的速度、精度指標(biāo)進(jìn)行了研究和結(jié)果分析。本文所設(shè)計的級聯(lián)弱反射全同光纖光柵時分復(fù)用解調(diào)系統(tǒng)成本低、解調(diào)速度快,對高速應(yīng)變量的傳感檢測系統(tǒng)設(shè)計具有重要參考價值。
【圖文】：

圖 3-17AD 采樣時序設(shè)計相對于 UART 串口發(fā)送速率，AD9220 的采樣速率比較快，所以需要將采樣數(shù)據(jù)在 FPGA 的內(nèi)部 FIFO 中進(jìn)行緩沖，再通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到 PC 端。根據(jù)上述思路，使用 Verilog HDL 語言，在 Quartus II 中進(jìn)行程序設(shè)計，，并通過編寫 Testbench文件來模擬實(shí)際的采樣情景，使用 ModelSim-Altera 13.1d 進(jìn)行仿真，產(chǎn)生的 AD_CLK與 SOA_TTL 的對應(yīng)關(guān)系如圖 3-18 所示；在采樣時序控制下，將采集到的數(shù)據(jù)寫入使用 FPGA 內(nèi)存空間例化的 fifo 中，如圖 3-19 所示；然后再將 FIFO 中的數(shù)據(jù)通過UART 串口將發(fā)送到 PC 端，如圖 3-20 所示。圖 3-18AD_CLK 仿真時序

圖 3-20 將存儲空間的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送3.5 上位機(jī)界面設(shè)計AD 芯片采集到的數(shù)據(jù)在 FPGA 內(nèi)部例化的 FIFO 存儲空間內(nèi)進(jìn)行緩沖之后，再通過 UART 串口發(fā)送到 PC 端，為了能夠較為直觀地對 AD 采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，所設(shè)計的上位機(jī)界面如圖 3-21 所示。此設(shè)計選用 C++為開發(fā)語言，軟件設(shè)計環(huán)境為 VS2010，通過使用 MFCActiveX控件，可以對所需功能控件進(jìn)行直接調(diào)用。界面主要分為三部分：頂部可以對串口和波特率進(jìn)行選擇，并可以對接收到的每幀 AD 采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行十六進(jìn)制顯示；中間為曲線顯示區(qū)域，通過程序設(shè)置，對接收到的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)根據(jù) AD 芯片的電壓計算公式進(jìn)行自動計算，以曲線的形式顯示出來，便于直觀監(jiān)測；底部為功能控制區(qū)，可以控制接收操作的開始、結(jié)束，并可以下一次重新接受之前清空界面數(shù)據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN253;TN722

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本文編號：2615213