本文關鍵詞：基于FPGA和F-P濾波器的光纖光柵解調系統(tǒng)

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【摘要】：光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)作為新型光傳感器件,較傳統(tǒng)電傳感器具有耐腐蝕、精度高、抗電磁干擾、分布式傳感等優(yōu)勢,已被廣泛應用于安全監(jiān)測、建筑結構、航空航天等領域。而光纖光柵解調系統(tǒng)一直是光纖光柵傳感技術研究的重點和難點,因此設計出一套低成本、高精度的解調系統(tǒng)對光纖傳感技術的發(fā)展具有重要意義。本文從光纖光柵傳感理論出發(fā),結合實際工程應用需求,詳細分析比較了5種常用解調方式,選擇基于可調諧光纖法布里-珀羅(FFP)濾波器設計和研制一套光纖光柵解調系統(tǒng)。在測試和分析系統(tǒng)光路及核心部件性能后,根據(jù)FFP的掃描特性使用FPGA生成FFP驅動電源。接著針對FFP壓電陶瓷(PZT)的非線性特性,通過在FPGA中使用直接頻率合成(DDS)技術對其進行線性補償。最后以FPGA為核心,設計A/D數(shù)據(jù)采集模塊、串口發(fā)送與接收等硬件功能模塊,成功實現(xiàn)了傳感光柵反射譜數(shù)據(jù)的采集及FPGA與上位機之間的通信。本文基于LabVIEW平臺開發(fā)上位機軟件系統(tǒng),首先通過編程實現(xiàn)了上位機對FPGA串口上傳數(shù)據(jù)的接收和實時顯示的功能。其次,為了從有限數(shù)據(jù)中實現(xiàn)較精確的布拉格波長測量,提出采用L-M算法對光柵反射光譜進行擬合,得到反射光譜的峰值位置,從而實現(xiàn)溫度/應變的測量。最后,為解決FFP自身的漂移等問題對系統(tǒng)測量精度的影響,提出串聯(lián)一根應力傳感光柵對波長進行標定的方法,使用應力標定光柵和待測溫度傳感光柵反射光的中心波長差對待測光柵中心波長進行修正,提高了光柵反射峰中心波長的測量精度。經測試,本系統(tǒng)在采用波長擬合及定標光柵后,系統(tǒng)解調中心波長漂移小于15pm,結合所使用的傳感光柵溫度波長敏感系數(shù)27.3pm/℃,系統(tǒng)溫度解調精度小于0.55℃。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212;TN791;TN713

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本文編號：1146862