基于FPGA分布式光纖傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)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(cè)脈沖光的脈寬會(huì)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(shí)傳感信號(hào)極其的微弱，信噪比非常低，常常被淹沒(méi)在噪聲中不能直接被識(shí)別，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理。因此，設(shè)計(jì)出一套不僅可以自由設(shè)置探測(cè)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(shí)時(shí)對(duì)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(hào)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(shí)序、邏輯控制和信號(hào)調(diào)理，設(shè)計(jì)了基于FPGA的分布式光纖傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案為模塊化設(shè)計(jì)，把整個(gè)系統(tǒng)分為五個(gè)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(duì)各個(gè)模塊的主要功能及器件的選擇進(jìn)行了說(shuō)明：脈沖光生成模塊產(chǎn)生適合系統(tǒng)要求的探測(cè)脈沖光，可實(shí)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(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA對(duì)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(duì)傳感信號(hào)極其微弱和時(shí)變特性，先采用滑動(dòng)累加平均算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理提高信號(hào)的信噪比，再對(duì)提高信噪比后的信號(hào)進(jìn)行小波變換處理以提取信號(hào)的細(xì)節(jié)部分；通過(guò)USB傳輸模塊實(shí)現(xiàn)FPGA與上位機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。
　　本