本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的分布式拉曼光纖測溫控制系統(tǒng)

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【摘要】：分布式光纖測溫是近些年來發(fā)展較為迅速的,用在監(jiān)測一定環(huán)境下溫度變化的技術(shù)。它不但具有測量速度快、測量范圍廣和測量距離可根據(jù)需求調(diào)節(jié)等優(yōu)點,還因為光纖自身擁有優(yōu)良的物理特性,有著很強的抗干擾和抗腐蝕能力,所以能夠保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定。也正是因為這項技術(shù)擁有的一系列優(yōu)良特性與優(yōu)點,所以近些年來分布式光纖測溫技術(shù)在國內(nèi)外獲得了較大的發(fā)展,涉及到了工業(yè)生產(chǎn)、電能輸送與國防軍事等許多領(lǐng)域。本文主要是對基于后向拉曼散射效應(yīng)的分布式光纖測溫技術(shù)進行了一定的分析與研究,完成系統(tǒng)中的高速數(shù)據(jù)采集、處理和分析等部分的理論論述并確定了在現(xiàn)有前端拉曼模塊的基礎(chǔ)上,使用FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)搭建數(shù)據(jù)采集處理控制系統(tǒng)。通過對實際需求的分析,理清系統(tǒng)的整體框架,最終選定相應(yīng)的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片并繪制原理圖和制作相應(yīng)的PCB電路板。經(jīng)過實際的設(shè)計輸入在FPGA上實現(xiàn)諸如光電轉(zhuǎn)換后信號的采集、對采集到的信號進行降噪處理以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ�。選用使用ARM作為系統(tǒng)的上位機運行平臺并使用Qt編寫嵌入式Linux軟件用于實現(xiàn)溫度的解調(diào)以及最后的圖形顯示等必要功能。最后本文通過對整套后端數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)進行的實際測試,在前端電路部分的工作正常之后,分析驗證采集處理程序各個模塊的工作情況,基本能夠滿足設(shè)計所要達到的目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：RAMAN散射 模數(shù)轉(zhuǎn)換 FPGA ARM 溫度
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273;TH811
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 一、緒論8-11
• 1.1 選題背景及其研究意義8-9
• 1.2 分布式光纖測溫技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀9-10
• 1.2.1 分布式光纖測溫技術(shù)在國外的發(fā)展與現(xiàn)狀9
• 1.2.2 分布式光纖測溫技術(shù)在國內(nèi)的起步發(fā)展與現(xiàn)狀9-10
• 1.3 本文的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)10-11
• 二、分布式拉曼測溫系統(tǒng)的基本理論及其實現(xiàn)11-18
• 2.1 分布式拉曼測溫系統(tǒng)理論依據(jù)11-14
• 2.1.1 光時域反射技術(shù)11-12
• 2.1.2 光纖中的后向散射效應(yīng)12-13
• 2.1.3 拉曼散射基本原理13
• 2.1.4 自發(fā)拉曼散射的溫度效應(yīng)13-14
• 2.2 拉曼測溫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)14-16
• 2.2.1 拉曼測溫的實現(xiàn)14-15
• 2.2.2 前端拉曼測溫模塊的性能與參數(shù)15-16
• 2.3 后端數(shù)據(jù)采集處理模塊的指標(biāo)16-17
• 2.4 本章小結(jié)17-18
• 三、數(shù)據(jù)采集硬件模塊的設(shè)計及其實現(xiàn)18-26
• 3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計18-25
• 3.1.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選型18-19
• 3.1.2 差分驅(qū)動器電路設(shè)計19-20
• 3.1.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器配置電路設(shè)計20-21
• 3.1.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器時鐘信號電路設(shè)計21-22
• 3.1.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換器電源電路設(shè)計22-23
• 3.1.6 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的接地設(shè)計23-24
• 3.1.7 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的實現(xiàn)24-25
• 3.2 數(shù)據(jù)采集模塊的測試25
• 3.3 本章小結(jié)25-26
• 四、基于FPGA控制模塊的設(shè)計及其實現(xiàn)26-42
• 4.1 FPGA模塊的電路設(shè)計26-29
• 4.1.1 FPGA芯片的選型26-27
• 4.1.2 FPGA配置電路設(shè)計27-28
• 4.1.3 FPGA電源電路設(shè)計28
• 4.1.4 PLL濾波電路設(shè)計28-29
• 4.2 FPGA設(shè)計語言與開發(fā)流程29-30
• 4.2.1 FPGA開發(fā)環(huán)境軟件與使用語言29
• 4.2.2 設(shè)計開發(fā)流程29-30
• 4.3 FPGA控制系統(tǒng)的實現(xiàn)30-40
• 4.3.1 模塊的功能劃分30-31
• 4.3.2 AD采集控制模塊的實現(xiàn)31-32
• 4.3.3 系統(tǒng)控制模塊的實現(xiàn)32-35
• 4.3.4 信號處理模塊的實現(xiàn)35-40
• 4.4 FPGA控制模塊的整體實現(xiàn)40-41
• 4.5 本章小結(jié)41-42
• 五、ARM上位機的實現(xiàn)與模塊測試42-51
• 5.1 ARM開發(fā)板的選型42
• 5.2 ARM上位機程序設(shè)計42-45
• 5.2.1 ARM與嵌入式操作系統(tǒng)簡介42-43
• 5.2.2 開發(fā)環(huán)境與軟件結(jié)構(gòu)43-44
• 5.2.3 上位機軟件的實現(xiàn)44-45
• 5.3 信號降噪系統(tǒng)的驗證45-46
• 5.4 溫度信息的解調(diào)46-50
• 5.4.1 雙路拉曼基本解調(diào)法46-48
• 5.4.2 加入損耗補償?shù)慕庹{(diào)法48-50
• 5.5 本章小結(jié)50-51
• 六、總結(jié)與展望51-53
• 6.1 總結(jié)51
• 6.2 展望51-53
• 參考文獻53-56
• 致謝56-57

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本文編號：561489