基于衍射光栅的高速光纤光栅解调系统的研究.pdf

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1、基于衍射光栅的高速光纤光栅解调系统的研究孙庆2015年01月中图分类号：TN253UDC分类号：510.40基于衍射光栅的高速光纤光栅解调系统的研究作者姓名孙庆学院名称自动化学院指导教师王涛副研究员答辩委员会主席王军政教授申请学位级别工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月StudyonHigh-SpeedFiberBraggGratingDemodulationSystemBasedonDiffractionGratingCandidate:QingSunSchoolorDepartment:SchoolofAutom

2、ationFacultyMentor:AssociateProf.TaoWangChair,ThesisCommittee:Prof.JunzhengWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位

3、论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要光纤光栅传感及解调技术已经成为检测技术领域研究的一大重点。目前国内外已经推出了基于不同解决方案的解调产品，但是这些产品多以静态解调仪器为主，解调速度并不高，结构复杂且价格昂贵，高速高精度的解调系统是未来的发展趋势。本课题以衍射光栅式的光纤光栅解调技术为基础，开展了高速光纤光栅解调系统的研究，介绍了光纤光栅解调系

4、统的结构和衍射光栅的工作原理。提出了一种利用IBSENI-MON系列衍射光栅模块，采用FPGA(现场可编程门阵列)构建光纤光栅解调系统。该系统充分利用FPGA可以进行并行运算，可定制化的优点，实现了光纤光栅信号的高速高精度解调。本课题设计了解调系统的硬件电路，包括FPGA最小系统电路，ADC采集电路，DM9000以太网传输电路，光开关切换电路，温度补偿电路，电源电路。编写了相应的嵌入式数据处理和控制程序，并利用Labview构建上位机数据接收和显示软件，实现数据采集、解调、传输、显示及存储功能。研究了光纤光栅传感系统波长解调算法，针对高速解调的需求，在分析了光

5、纤光栅传感器波长信号特点的基础上，提出了改进型高斯拟合算法，在不影响精度的同时，有效地减小了曲线拟合的计算量。同时算法中涉及的最小二乘问题采用适合于硬件实现的Cholesky矩阵分解求解法。通过实验验证了改进型高斯拟合算法在光纤光栅信号解调中可靠有效。该光纤光栅解调系统解调精度可达1pm，单通道解调速度最高2kHz，取得了良好的预期效果。关键词：光纤布拉格光栅；衍射光栅；寻峰解调算法；改进型高斯拟合；FPGA；I北京理工大学硕士学位论文AbstractFiberBragggratingsensoranddemodulationtechnologyhasbeco

6、meamajorresearchdirectioninthefieldofdetectiontechnology.WiththecontinuousexpandingofFBGapplicationfield,thedemandofdemodulationprecisionanddemodulationspeedaremoreandmorehigh,whichgreatlypromotetheresearchaboutopticalfibergratingsensordemodulationtechnology.Therehavebeendifferentfi

7、berBragggratingdemodulationproductsbasedondifferentsolution,buttheseproductsaremainlyinstaticdemodulation,demodulationspeedisnothigh,thestructureiscomplexandthepriceisrelativelyhigh.ThehighspeedandhighprecisionfiberBragggratingdemodulationsystemwillbethetrendofdevelopmentinthefuture

8、.ThehighspeedfiberB