基于fpga的光纤光栅传感器解调系统研究

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2、硕±学位论文基于ＦＰＧＡ的光绅光栅传感器解调系统研究、职称）陆辉山、副教授离强、副教授指导教师（姓名串请学位編Ｉ工学硕±Ｊ机械制造及其自动化专业名称。论女撞巧日期１／＾年日—Ｌ月—＾＿论女答雜日期年月心壬曰＿学位授予日期年月日论文评陶人－鸿化碱４奉答銳委员会主席？＾呵坪２０１６年０６月０２日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成

3、果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体。本声明的法律责任由本人，均已在文中总明确方式标明承担。ｄ７－论文作者签名；日期：Ｉｆ＾关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部口送交学位论文的原件与复印件；②学校可Ｐ乂采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借膊；④学校可ａ学术交流为目的，复制赠送和交换学位论女；⑤学校乂公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：麥私牛日期

4、＝？＾户．＾导师签名；尚Ｋ曰期：＞／多中北大学学位论文基于FPGA的光纤光栅传感器解调系统研究摘要我国的机械装备急需能够提供多参量、多测点、稳定可靠的状态监测手段，光纤光栅传感器众多优势正好为机械装备状态监测提供了有效的监测途径。但是，传统的光纤光栅传感器解调设备，存在体积较大、价格昂贵，使用条件受限制等不足，而且波长解调分辨率等难以满足机械装备状态监测的要求，限制了光纤光栅在此领域的工程应用。针对目前光纤光栅传感器解调设备存在的问题，研究设计了更低成本、便携化、性能稳定的传感器解调设备，通过比较各种传感器信号解调方案，选择系统集成度

5、高，环境适应性强的线阵CCD光谱成像法作为解调设备整体方案，以SOPC作为嵌入式解调内核，构建了本课题所需的传感器解调系统。本课题设计的光纤光栅传感器解调系统硬件部分以FPGA为控制电路核心，采用NiosII技术构建软核微处理器，其结合了FPGA在逻辑控制方面的优势和嵌入式软核强大的数字信号处理能力。在SOPCBuilder开发环境中定制所需的CPU、PIO、存储器、UART等组件，设计开发了数据采集及存储电路、线阵CCD驱动电路和多通道光开关驱动电路，并在FPGA中使用VerilogHDL开发了驱动逻辑，实现了光开关切换、光电转换、光谱信号调理、

6、数据采集和存储的功能；解调系统软件部分，在NiosII软件中实现了高斯拟合寻峰算法和频谱相关寻峰算法及其对应的波长解调方案；开发了LabVIEW上位机测试软件，为解调系统的功能验证提供便利。实验证明，基于FPGA的光纤光栅传感器解调系统实现了高集成度、高分辨率的解调系统要求，同时证明高斯拟合和频谱相关这两种波长解调算法都可以达到精度要求，有效提高了光纤光栅传感器中心波长的解调分辨力，相比之下，频谱相关寻峰算法具有更高的稳定性，精度也更高，而高斯拟合寻峰算法的优势在于具有更少的运算量。采用频谱相关波长解调算法，波长解调精度达到了±3pm,光纤光栅温度

7、传感器测温精度达到了±0.4℃。这种高集成度、高分辨力的解调系统将促进光纤光栅传感器在机械装备状态监测等领域中的应用。关键词：FPGA，SOPC，光纤光栅，高斯拟合，频谱相关中北大学学位论文TheResearchoftheFiberGratingDemodulatingSystemBasedonFPGAAbstractFBGsensorscanmeasuretemperature,strainparameters,withelectromagneticinterferenceresistance,goodstability,multi-pointm

8、easurement,sothebuildingstructuremonitoring,aerospaceandother