干涉型传感器嵌入式互相关解调系统研究

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随着光纤传感技术的发展,干涉型光纤法-珀传感器因其独特的优点成为最早在实际工程应用的传感器之一。光纤法-珀传感器结构简单、小巧轻便,在长期稳定性和灵敏度方面具有明显优势,并在位移、温度、振动、压力、声音等诸多物理量的测量方面发挥着重要的作用。而光纤法-珀传感器的解调方法是系统各指标能否实现的关键,主要分为强度解调法和相位解调法。本文在总结前人研究成果的基础上,对干涉型光纤法-珀传感器的互相关解调系统进行了深入的研究。具体研究内容和工作如下:首先,围绕着课题的研究背景,对光纤法-珀传感器的传统相位解调方法和相关解调方法的发展现状进行了介绍。其次,详细分析了基于光楔的互相关解调技术的工作原理,并对特定宽带光源、反射率条件下的输出信号进行仿真。讨论各参数对输出信号的影响,并确定F-P腔初始腔长,为解调系统的总体方案设计提供思路。介绍了CCD细分算法,并对传统的重心法进行了改进。再次,对光纤法-珀传感器互相关解调系统进行设计,包括硬件电路设计和软件设计。硬件部分以FPGA为主控芯片,集成了光电转换模块、A/D模块,USB数据传输模块和DSP处理模块。软件部分主要负责各模块的驱动时序的产生,USB芯片的固件和驱动程序的编写以及巴特沃斯滤波和线阵CCD细分算法处理工作。最后,对解调系统各部分进行调试以确保输出结果的正确性。并搭建了实验平台,对系统的分辨率进行验证。通过实验结果可知,该系统可以实现对线阵CCD信号的采集和处理功能,基本满足设计要求。
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