基于FPGA的分布式光纖溫度傳感器控制系統(tǒng).pdf

1、分布式光纖傳感器是一種實(shí)時監(jiān)測空間溫度或應(yīng)變分布的傳感系統(tǒng)。利用光纖中的散射效應(yīng)，并結(jié)合傳統(tǒng)的光時域反射(Optical Time Domain Reflectometry，OTDR)技術(shù)，對光纖所處環(huán)境的參量進(jìn)行測量。然而，分布式光纖溫度傳感器中微弱自發(fā)散射光的探測問題會限制系統(tǒng)性能的提高，除了采用相干檢測的方式，在直接檢測中利用泵浦光編碼技術(shù)也可以有效的解決這方面的問題。同時，光纖傳感器的系統(tǒng)控制對保證傳感器穩(wěn)定工作、為準(zhǔn)確測量提供

2、良好支撐具有重要的作用。
　　 本文從理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩方面對分布式光纖傳感器進(jìn)行研究。首先介紹分布式光纖傳感器的基本理論——光時域反射技術(shù)與光纖中的非彈性散射，并基于布里淵散射的耦合幅度方程，對分布式光纖溫度傳感器進(jìn)行數(shù)值分析。其次，針對基于矩陣的泵浦光編碼技術(shù)，討論S矩陣編碼方式的特點(diǎn)，并給出一種編碼矩陣的構(gòu)造方法，利用布里淵散射的數(shù)值模型分別對兩種矩陣編碼脈沖泵浦的方式進(jìn)行分析。最后，為實(shí)現(xiàn)分布式光纖溫度傳感實(shí)驗(yàn)，合作開

3、發(fā)了采用ADC(Analogto Digital Converter，模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器)+FPGA(Field Programmable GateArray，現(xiàn)場可編程門陣列)+DSP(Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理器)體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集卡，在其中完成基于FPGA的分布式光纖溫度傳感器控制系統(tǒng)的設(shè)計，并利用QuartusⅡ軟件中自帶的嵌入式邏輯分析儀SignalTapⅡ，在光纖溫度傳感實(shí)驗(yàn)中實(shí)時測試了系統(tǒng)

4、的功能。
　　 所取得的研究結(jié)果如下：通過數(shù)值分析得到自發(fā)布里淵散射光功率在光纖中的分布情況和光纖始端可接收到的散射光功率曲線，并通過光纖中不同位置的散射光功率隨光纖所處環(huán)境溫度線性變化的數(shù)值結(jié)果，擬合出了與已報道實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符的布里淵功率溫度系數(shù)，且該系數(shù)的大小與光纖中的位置有關(guān)，距離光纖始端越遠(yuǎn)，所對應(yīng)的系數(shù)越??；在泵浦光編碼中，矩陣的編碼增益與該矩陣的逆矩陣中所有元素的平方和相關(guān)，該平方和越小，矩陣的編碼增益越大；編碼矩陣的