论文部分内容阅读
光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感以其抗电磁干扰、成本低、体积小等优点在传感领域备受关注并得到广泛应用。成熟的信号检测与处理技术是光纤光栅传感器能够应用于工程实践的关键。所以研究高精度和高速光纤光栅信号检测和处理技术很有必要。 首先,对光纤光栅传感理论以及光纤光栅传感系统的解调方法进行了介绍。由于光纤F-P滤波器解调法易实现且精度较高,最终选定可调谐光纤F-P滤波器解调法作为解调方案,基于此,对本文所采用的传感系统总体方案进行了阐述。 然后,本文设计了两种光电检测电路,分别为线性放大光电检测电路和对数放大光电检测电路,分别对其进行仿真验证和实验测试。由于后者具有更大的动态范围,最终选择对数放大光电检测电路作为检测电路。设计了以AD7988-5为采样芯片的采集电路及其驱动电路,用FPGA控制A/D采集模块,并对采集到的信号进行串并转换,以便后续信号的处理。对转换后的传感信号进行数字滤波去噪,分析了不同窗函数FIR低通滤波器对光纤光栅传感信号去噪能力的影响,最终选定Kaiser窗作为窗函数,用设计出的滤波器对光栅反射谱进行去噪,效果比较理想,并用FPGA实现FIR对光栅传感信号去噪,效果良好。为了实现高速数据采集和处理,将去噪后的数据缓存在FIFO中以协调信号处理速度之间的差异。本文研究了5种寻峰算法,分析了加窗截断长度、信噪比及波长分辨率对寻峰算法误差的影响。对去噪后的传感信号进行寻峰算法仿真与实验分析并用FPGA实现。最后,用显示模块将计算得到的峰值显示出来。 实验验证了光纤光栅的温度特性,利用设计的光电检测电路、采集电路、FPGA实现的硬件电路以及传感系统光路部分搭建光纤光栅传感系统,由寻峰结果与光可调谐滤波器上显示的峰值一致可以验证系统的可行性与正确性。