【摘要】：分布式光纖溫度傳感技術是利用后向反射的拉曼散射光對光纖所在的溫度場進行測量的技術,分布式光纖溫度傳感具有體積小、抗干擾、精度好等特點,廣泛應用于醫(yī)療、工業(yè)、國防等諸多領域。本文對分布式光纖溫度傳感器進行了整體設計和系統(tǒng)研制,主要研究工作內容如下:(1)對拉曼散射中的單通道解調算法和雙通道解調算法進行了深入的比較研究,分析了這兩種算法的各自優(yōu)缺點。進一步采用雙通道解調算法進行了系統(tǒng)設計,并開展了相關數(shù)據(jù)的采樣實驗。(2)開展了分布式光纖溫度傳感器中的處理器、AD等關鍵器件的設計選型研究。設計的分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的處理器采用了FPGA+DSP+ARM的模式,一方面,傳統(tǒng)的PC+FPGA的模式具有模塊簡單、開發(fā)容易的特點,但是也使得整個系統(tǒng)的功耗和體積變得比較大;另一方面,FPGA+DSP+ARM的模式能夠充分利用各個處理器的優(yōu)勢:FPGA具有硬件可編程的特性,適合做高速邏輯運算,DSP適合數(shù)學運算,而ARM適合做接口設計,這樣整個系統(tǒng)達到了耗能低、速度快、體積小的特點。另外,AD元件采用了單通道分時復用的工作方式,降低了整個系統(tǒng)的設計成本。(3)完成分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)中一種新型高速PCB的設計。具體工作包括:模擬電路的設計、AD電路的設計、PCB的整體布局等。設計工作中充分考慮了采樣過程中的模擬信號、高速信號等關鍵信號的完整性,為后續(xù)拉曼信號的采集提供了很好的保障。(4)開展了分布式光纖溫度傳感器的軟件設計研究。一方面,在FPGA平臺上,使用Verilog設計了一種高速累加器,提高了拉曼信號的信噪比;另一方面,在DSP平臺上,完成了Sys/bios下溫度解調算法的實現(xiàn)及DSP與FPGA的同步控制;另外,在ARM平臺上,充分利用嵌入式領域相關成熟的技術,開展了SQL數(shù)據(jù)庫的設計、QT下人機交互界面的設計和基于Syslink雙核通信的設計。
[Abstract]:Distributed optical fiber temperature sensing technology is used to measure the temperature field of optical fiber by backward reflected Raman scattering light. Distributed optical fiber temperature sensor is widely used in medical treatment because of its small size, anti-interference, good precision and so on. Industry, national defense and many other fields. In this paper, the distributed optical fiber temperature sensor is designed and developed. The main work is as follows: (1) the single channel demodulation algorithm and the double channel demodulation algorithm in Raman scattering are compared. The advantages and disadvantages of the two algorithms are analyzed. Furthermore, the system is designed by dual-channel demodulation algorithm, and the data sampling experiment is carried out. (2) the design and selection of key devices such as processor, AD and other key devices in distributed optical fiber temperature sensor are studied. The processor of the distributed optical fiber temperature sensing system adopts the FPGA DSP ARM mode. On the one hand, the traditional PC FPGA mode has the characteristics of simple module and easy development, but it also makes the power consumption and volume of the whole system become larger. On the other hand, the mode of, FPGA DSP ARM can make full use of the advantages of each processor: FPGA has the characteristic of hardware programmable, it is suitable for high speed logic operation, DSP is suitable for mathematical operation, and ARM is suitable for interface design, so the whole system achieves low energy consumption. Fast speed, small size characteristics. In addition, single channel time-sharing multiplexing is adopted in AD components, which reduces the design cost of the whole system. (3) A new high speed PCB is designed in distributed optical fiber temperature sensor system. Specific work includes: analog circuit design, AD circuit design, PCB overall layout. In the design work, the integrity of the analog signal and the high speed signal are fully considered, which provides a good guarantee for the subsequent Raman signal acquisition. (4) the software design of the distributed optical fiber temperature sensor is carried out. On the one hand, on the FPGA platform, a high-speed accumulator is designed using Verilog to improve the signal to noise ratio of Raman signal. On the other hand, on the DSP platform, the temperature demodulation algorithm under Sys/bios and the synchronization control between DSP and FPGA are realized. On the platform of ARM, the design of SQL database, human-computer interface under QT and dual-core communication based on Syslink are carried out by making full use of the mature technology in embedded field.
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

【參考文獻】

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本文編號：2276530