【摘要】：分布式光纖溫度傳感技術(shù)是利用后向反射的拉曼散射光對(duì)光纖所在的溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的技術(shù),分布式光纖溫度傳感具有體積小、抗干擾、精度好等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)、國(guó)防等諸多領(lǐng)域。本文對(duì)分布式光纖溫度傳感器進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)研制,主要研究工作內(nèi)容如下:(1)對(duì)拉曼散射中的單通道解調(diào)算法和雙通道解調(diào)算法進(jìn)行了深入的比較研究,分析了這兩種算法的各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)。進(jìn)一步采用雙通道解調(diào)算法進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì),并開(kāi)展了相關(guān)數(shù)據(jù)的采樣實(shí)驗(yàn)。(2)開(kāi)展了分布式光纖溫度傳感器中的處理器、AD等關(guān)鍵器件的設(shè)計(jì)選型研究。設(shè)計(jì)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(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)容易的特點(diǎn),但是也使得整個(gè)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(gè)處理器的優(yōu)勢(shì):FPGA具有硬件可編程的特性,適合做高速邏輯運(yùn)算,DSP適合數(shù)學(xué)運(yùn)算,而ARM適合做接口設(shè)計(jì),這樣整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了耗能低、速度快、體積小的特點(diǎn)。另外,AD元件采用了單通道分時(shí)復(fù)用的工作方式,降低了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。具體工作包括:模擬電路的設(shè)計(jì)、AD電路的設(shè)計(jì)、PCB的整體布局等。設(shè)計(jì)工作中充分考慮了采樣過(guò)程中的模擬信號(hào)、高速信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)的完整性,為后續(xù)拉曼信號(hào)的采集提供了很好的保障。(4)開(kāi)展了分布式光纖溫度傳感器的軟件設(shè)計(jì)研究。一方面,在FPGA平臺(tái)上,使用Verilog設(shè)計(jì)了一種高速累加器,提高了拉曼信號(hào)的信噪比;另一方面,在DSP平臺(tái)上,完成了Sys/bios下溫度解調(diào)算法的實(shí)現(xiàn)及DSP與FPGA的同步控制;另外,在ARM平臺(tái)上,充分利用嵌入式領(lǐng)域相關(guān)成熟的技術(shù),開(kāi)展了SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、QT下人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)和基于Syslink雙核通信的設(shè)計(jì)。
[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(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP212

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王燕;張福洪;;一種基于OMAPL138的雙核通信設(shè)計(jì)[J];單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2015年08期

2 謝維波;賀文強(qiáng);;基于OMAPL138的視頻監(jiān)控?zé)熿F檢測(cè)系統(tǒng)[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2015年20期

3 國(guó)常義;李超群;劉峰;;達(dá)芬奇異構(gòu)多核處理器核間通信技術(shù)研究[J];電視技術(shù);2015年07期

4 藍(lán)天;王巍;李小彥;李俊一;楊瀟君;;拉曼型分布式光纖溫度傳感器的自校準(zhǔn)解調(diào)[J];紅外與激光工程;2012年11期

5 張?jiān)谛?金尚忠;王劍鋒;劉紅林;孫忠周;龔華平;余向東;張文生;;分布式光纖拉曼光子溫度傳感器的研究進(jìn)展[J];中國(guó)激光;2010年11期

6 杜國(guó)祥;石俊杰;;SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用[J];電腦編程技巧與維護(hù);2010年14期

7 賈振安;周曉波;喬學(xué)光;王琳;;分布式光纖溫度傳感器發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)[J];光通信技術(shù);2008年11期

8 ;Design and FPGA verification of a novel reliable real-time data transfer system[J];Journal of Zhejiang University(Science A:An International Applied Physics & Engineering Journal);2008年10期

9 唐敏;宋杰;;嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite的原理與應(yīng)用[J];電腦知識(shí)與技術(shù);2008年04期

10 張穎;張娟;郭玉靜;王慶華;;分布式光纖溫度傳感器的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J];儀表技術(shù)與傳感器;2007年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 曹立軍;分布式光纖溫度測(cè)量及數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2006年

2 鄒建;分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];重慶大學(xué);2005年

3 胡春海;光纖熒光溫度傳感器理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];燕山大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 劉凡凡;SMS結(jié)構(gòu)光纖溫度傳感器[D];浙江大學(xué);2013年

2 范朋;基于Qt的嵌入式Linux系統(tǒng)GUI的研究與實(shí)現(xiàn)[D];北京郵電大學(xué);2011年

3 趙方;SMS結(jié)構(gòu)型光纖傳感器的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 葛晶晶;基于PCB板的電磁兼容分析與改進(jìn)[D];中北大學(xué);2009年

5 張友能;分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)及其在井壁凍結(jié)中應(yīng)用[D];安徽理工大學(xué);2009年

6 許建;基于QT的嵌入式瀏覽器和GUI的實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2008年

7 王喜光;分布式光纖溫度傳感器信號(hào)處理的研究[D];燕山大學(xué);2006年

8 呂宗巖;分布式光纖溫度傳感器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];燕山大學(xué);2006年

，

本文編號(hào)：2276530