基于FPGA分布式光纖傳感系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn).pdf

1、在分布式光纖傳感系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采樣速率及探測脈沖光的脈寬會影響到系統(tǒng)的空間分辨率，而高空間分辨率又是系統(tǒng)所追求的；同時傳感信號極其的微弱，信噪比非常低，常常被淹沒在噪聲中不能直接被識別，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理。因此，設(shè)計出一套不僅可以自由設(shè)置探測脈沖光的脈寬、能夠進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集保證系統(tǒng)空間分辨率，而且能夠進(jìn)行大容量緩存，還能實時對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理提高信噪比的系統(tǒng)非常的有意義。
　　本文以基于瑞利散射的分布式光纖傳感技術(shù)原理為基礎(chǔ)，結(jié)

2、合系統(tǒng)性能需求，選用Altera公司型號為EP4CE15F17C8N的FPGA芯片作為系統(tǒng)的主控制器兼處理器，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的時序、邏輯控制和信號調(diào)理，設(shè)計了基于FPGA的分布式光纖傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計方案為模塊化設(shè)計，把整個系統(tǒng)分為五個關(guān)鍵功能模塊，分別為：脈沖光生成模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及數(shù)據(jù)傳輸模塊。對各個模塊的主要功能及器件的選擇進(jìn)行了說明：脈沖光生成模塊產(chǎn)生適合系統(tǒng)要求的探測脈沖光，可實現(xiàn)最小脈寬5ns、最

3、大頻率100MHz的脈沖光生成；數(shù)據(jù)采集模塊采用高速AD6645芯片對傳感信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，ADC轉(zhuǎn)換速率可達(dá)80MSPS；采用兩塊SDRAM芯片以乒乓操作的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存；數(shù)據(jù)處理模塊主要是針對傳感信號極其微弱和時變特性，先采用滑動累加平均算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理提高信號的信噪比，再對提高信噪比后的信號進(jìn)行小波變換處理以提取信號的細(xì)節(jié)部分；通過USB傳輸模塊實現(xiàn)FPGA與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。
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