光纤光栅FFP-TF测试系统的硬件设计

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光纤光栅传感技术以其灵敏度高、抗干扰能力强、精度高和易复用组网等优点成为目前最具活力的传感技术之一。光纤光栅解调系统承载着波长检测的艰巨任务,直接影响着整体系统的精度、速度和容量等性能。基于可调谐光纤法布里-珀罗滤波器(Fiber Fabry Perot-Tunable Filter,FFP-TF)的光纤光栅解调系统拥有波长分辨率高、稳定性好、易于复用等优点,是最实用、最广泛的光纤光栅解调方案,已在桥梁建筑、石油化工、电力系统等各大工程领域有着广泛的工程应用。针对目前光纤光栅传感系统的大容量、高精度、高速度、低成本等要求,基于FFP-TF的光纤光栅解调系统仍有许多需要改进。FFP-TF作为光纤光栅解调系统中可调谐窄带滤波器,是影响光纤光栅解调系统性能的关键器件。于是,迫切需要建立一套高效、实用的FFP-TF光纤光栅解调性能测试系统,寻求FFP-TF在光纤光栅解调中的最佳参数,预估光纤光栅解调仪表的检测精度,提供故障诊断平台。目前对于FFP-TF的光纤光栅解调性能的测试方案很少有报道。本文旨在建立一套FFP-TF光纤光栅解调性能测试系统,推动光纤光栅传感事业的发展。通过介绍光纤光栅传感技术的国内外发展现状和应用状况,以及解调方案和复用模式,突出了光纤光栅传感的重要性;通过论述光纤光栅传感技术和FFP-TF的基本原理,构造出了基于FFP-TF的两种基本解调方案,分析了FFP-TF的解调理论,抽象出了FFP-TF的光纤光栅解调参数;通过提出FFP-TF测试系统的基本测试参数和指标,构造出了FFP-TF测试系统的整体架构,将系统架构规划为光路平台、硬件平台和上位机软件平台三个部分;根据硬件系统功能和需求分析,完成基于FPGA的系统硬件设计,将硬件系统分为了光器件驱动模块、数据采集模块、通讯模块和FPGA系统模块4个部分;根据各模块的功能目标,分别设计了硬件系统各个模块电路;按照基本调试步骤,完成了系统硬件调试工作;然后,结合上位机软件系统,对一只FFP-TF进行了测试,在软件界面中能清晰的看到FFP-TF透射脉冲在时间上分布情况,能通过不同的按钮对FFP-TF的各参数进行实时调节控制,并且对实验数据进行了分析;最后,分析总结了整体系统设计工作,提出了系统设计不足之处,对下一步工作进行了展望。
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