论文研究-SOPC技术在高速光纤光栅解调中的应用 .pdf

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SOPC技术在高速光纤光栅解调中的应用,曾阳,,光纤光栅解调技术是FBG传感器的关键技术之一,目前国内外的很多研究机构对其解调技术进行了很多研究,但是大多数处于实验室研究阶
国科技论文在线 的核心的部分选择的是高端 系列。 不但具有极高的性能和 密度,还针对器件总功率进行了优化 SDRAN接口 AD采集接凵 数据分析 EPCS存储器 DA接口 Nios I CPU UART妥口 图 系统结构 高速数据采集及处理模块 解调系统采用五路通道并行采集,由控制个同吋采集数据,采集速度快, 数据量大,因此需要使用 硬件描述语言实现高速数据采集处理部分。数据采集在 系统中可以是单独的一个部分,可以当做一个用户自定义外设。系统选用的芯片是 可支持到 的采样速率,是一种高速 S粪 PPLE N SAMPLE N-1 SANIPLEN- SAMPLE N+1 SAMPLE N+2 sAML三N+6 ENCOD三 ts t ET A h,,了 -Do OF N-8 ⅩX: DE IA N PORT B STAN- VV DATAN-e INMALIDIF OUT OF SYNC L7-D0 OR N-T DATA N IF IN EYNC XX DATA- X DATA N- X DATA M+1 双通道集时序图 是·个位的,支持双通道的数据获取。也就是说可以通过扩大总线宽度 米降低读取速率。对于的采样速率,可以使用位数据总线,这样在端就 可以使用进行采样,降低了数据处理的频率。由于一次读了两个时间的数据,这就需 国科技论文在线 要处理好数据的吋序。在实际调试的过程中还发现,对于同个的两个通道,由于物理 特性的区别,采集到的数据会有相对的偏移。交替的读取两个通道就会形成波浪形的抖动 为后面寻找峰值带来了不便。需要进行滤波后才能处理 k:25909210:1904:0 click to inset tire ka 日如。 4 Hb Ct'inst addata E Hub_Ct tinstaddata'[5. Hab_Ctrl:inat(adata[4 h ih Ctinet G+. AD9054_tub_Ct ':instfirstad 419 6|:,84HC 图使用 采集到的实时波形 当采集到数据后就要寻找产生峰值的时间,也就是要用到寻峰算法。光纤布拉格光栅解 调系统的数据处理模块中髙精度的寻峰算法是保证系统检测精度的关键之一。髙速解调系 统采用的采样速率,采样速度快,即使很短的时间也会产生大量的数据,如果等一个 周期数据采集完了再分析,就会消耗大量内存。 内的资源非常有限,会导致 系统无法使用。所以就需要实时的处理数据。在用硬件描述语言设计系统的时侯,状态机是 个不错的选择。有限状态机是指输出取决于过去输入部分和当前输入部分的时序逻辑电 路。一般来说,除了输入部分和输出部分外,有限状态机还含有一组只有记忆功能的寄存 器,这些寄存器的功能是记忆有限状态机的内部状态,它们常被称为状态寄存器。在有限状 态机中,状态奇存器的下个状态不仪与输入信号有关,而且还与该奇存器的当前状态有关, 因此有限状态机又可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑的一种组合。其中,寄存器逻辑的功能 是存储有限状态机的内部状态;而组合逻辑又可以分为次态逻辑和输出逻辑两部分,次态逻 辑的功能是确定冇限状态机的下一个状态,输出逻辑的功能是确定冇限状态机的输出。使用 状态机就可以实时的分析当前信号所处的状态。进而找到峰值对应的时间 驱动模块 解调系统根据內部定时器的状态输岀锯齿波驱动可调谐滤波器。外界温度的改变会 改变腔的腔长,给测量带来较大误差。在设计的过程中使用动态调节锯齿波的直流电平 米对温度进行补偿。补偿算法在 中通过软件实现,这就需要将驱动模块挂 接到 总线上,通过总线访问控制 国科技论文在线 L AFIC output DAF2D 16 outpu lavan slave o 口T avalon_elave_ 图总线接口 RIGOL STOP 民 AFM F因312mU CH〓2.CH2二5 mU Time5.s÷53.75ms 图光纤光机分布 图是通过示波器采集到的 解调频率下一路光纤光栅的分布情况。 数据传输及分析 由于采集速度快,路数多,数摭量大,需要使用髙速传输接口。这里选择通过网络传输。 由于网络协议比较复杂,直接在 中实现难度比较大,通过 软核移植协 议栈会降低难度。推出的 系列嵌入式处理器扩展了目前世界上最流行的软核嵌 入式处理器的性能,把 嵌入到 的所有 中,可以获得超过 的 性能。 图是编写的上位机软件,通过网终读取解调数据后显示的光栅分布情况。图是将 光纤光栅传感器挂接到 振动台上经过解调后的波形。图是振动台在 频率下 振动时采集到的传感数据经过变换后的情况。 光嚼解调瓶 整監[单信号分桥地址置兴于 123312839129451359313059291312341319.551325031332552 2843542肌4225313002113.351321.4132.133 83/31224b 13U.8A 3111S 1,4B 133U3f 图上位机集到的光纤光分布 国科技论文在线 波长:1288.731 饑变:5uE 1--1 图 正弦信号解调波形 10g 200 300 400 500 FoD ago 900 1000HZ 图 下频域分析结果 结论 本文基于技术设计实现了高速光纤光栅解调设备。解调设备可以以 的采样 速率同时采集路数据,解调频率 ,分辨率为在高速光纤光栅解调中采用 技术,不论是在解调速度还是灵活性上都可以满足解调要求。最关键的是的高度可配 置性。它可以将所有处理都集中在一个芯片内完成,人人减低了系统的复杂度。这也是未来 芯片发展的一个趋势。 参考文献 熊浩宇基丁的高速光纤光栅解调系统的硏究武汉:武汉理工大学 李文彦.基于 高速多路光纤光棚数据米集系统的矶究与应用.武汉:武汉理工大学, 付建伟,肖立志,张元中等提高光纤 光栅波长测量精度的方法光电工程 李营,张书练基丁可调谐滤波器的光纤光栅解调系统溦光技术 吴付岗,张庆山,姜德生等光纤光栅 波长的高斯曲线拟合求法武汉理工大学学 报 朱浩瀚,秦海琨,张敏等光纤冇拉格光栅传感解调中的寻峰算法中国激光,

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