基于fpga的分布式光纤传感脉冲产生技术研究

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1、学校代码：10406分类号：TP212学号：130080300002南昌航空大学硕士学位论文（学术学位研究生）基于FPGA的分布式光纤传感脉冲产生技术研究硕士研究生：黎燕兵导师：万生鹏教授申请学位级别：硕士学科、专业：光学工程所在单位：测试与光电工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：南昌航空大学StudyonPulseSignalGeneratingTechnologyofDistributedOpticalFiberSensingBasedonFPGAAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterOnOpticalE

2、ngineeringbyLiYanbingUndertheSupervisorofProf.WanShengpengSchoolofMeasuringandOpticalEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2016摘要分布式光纤传感技术凭借其高测量精度、可实现远距离全程实时在线监测、高灵敏度、高空间分辨率等诸多独特优势而在国内外备受青睐。在各种时域分布式光纤传感系统中，脉冲泵浦光的脉冲宽度、波形形状及重复频率等参量直接关系到整个光纤传感系统的测量精度和空间分辨率。因此，产生高

3、精度、高稳定性、脉宽可调的窄脉冲泵浦光对于研究和开发此类传感系统而言至关重要。本文首先简要介绍了基于瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射的分布式光纤传感机理，目前国内外在脉冲信号源研制方面所取得的进展，以及相应窄脉冲激光信号应用于分布式光纤传感系统的研究动态，同时重点介绍了基于电光强度调制方式的脉冲激光信号生成系统的设计方案及其实现过程。本文以FPGA器件EP4CE15F17C8N核心芯片为硬件平台，对基于DDS技术的脉冲信号源设计方案和基于时钟倍频与分频技术的脉冲信号源设计方案进行了详细研究。阐述了这两种方案的设计思路及其实现过程，并通过功能仿真和电路实验

4、对这两种设计方案的优缺点及可行性进行了对比分析，同时设计了电光调制器所需的偏置电压控制电路；通过搭建实验系统进行试验来验证所设计的脉冲激光信号生成系统的可行性。为了获得高精度、高稳定性的窄脉冲调制信号，本文提出了电脉冲调制信号的一次整形方案和二次级联整形方案，并对其分别进行了实验验证，同时对这两种脉冲整形方案的实验结果做了分析与讨论。最后，将本文所设计的电脉冲信号源应用于脉冲激光信号生成系统中，并将产生的泵浦光信号用于分布式光纤传感实验中。实验结果表明，本文中所产生的泵浦光信号完全适用于分布式光纤传感系统。关键词：分布式光纤传感，电光强度调制，脉冲光，

5、FPGA，脉冲整形ⅠAbstractDistributedopticalfibersensingtechnologyhasbecameahighlyfavoredsensingandmeasuringmethoddependingonitsparticularadvantagesbothathomeandabroad,suchashighaccuracy,remote,fullrangeandreal-timeonlinemonitoring,highsensitivity,superiorspatialresolution,etc.Themeasur

6、ementaccuracyandspacialresolutionofthefibersensingsystemwillbedirectlyaffectedbythekeyparameterssuchasthepulsewidth,waveformandrepetitionfrequencyofthepulsedpumplightindistributedopticalfibersensingsystembasedonopticaltime-domaintechnology.So,togeneratethenarrowpulsedpumplightwi

7、thhighprecision,highstabilityandadjustablepulsewidthisofparamountimportancetothiskindofsensingsystemmentionedabove.ThesensingprinciplesofthedistributedopticalfibersensingtechnologybasedonRayleighScattering,BrillouinScatteringandRamanScatteringwereintroducedbrieflyfirstinthispape

8、r,progressespeoplehavemadeinthefieldofpulsesign