[实用新型]基于FPGA的CCD光纤光栅传感解调系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及基于FPGA的CCD光纤光栅传感解调系统，适用于光纤传感技术领域。

背景技术

光纤光栅是近几年来发展最为迅速的新型光无源器件之一，由于其具有光纤传输系统的不带电、抗射频、抗电磁干扰、防燃、防爆、抗腐蚀、耐高压、耐电离辐射、重量轻、体积小及大信号传输带宽等优点，使得光纤光栅在传感领域得到了广泛的应用。

对光纤光栅的波长编码信号进行解调，是实现光纤光栅传感器实用化的关键。光纤光栅解调最直接的方法是利用光谱仪，这种解调方法结构简单，但是造价太高、体积大，仅适于实验室实用，实际应用价值较低。为了用于实际工程中的检测，国内外对光纤光栅的解调技术进行了大量的研究，提出了多种解调方法。有的解调方法很简单，但解调速度慢、精度不高、不能进行多点复用检测；有的解调方法精度很高、能进行多点复用检测，但解调方法复杂、成本太高。因此，高速度、高精度、动静态信号结合检测、多点复用检测和低成本是光纤光栅解调技术的发展趋势。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有光栅传感解调方法的不足，提供一种体积小巧、复用性强、解调高速的光纤光栅传感解调系统。

本实用新型的技术方案：

一种基于FPGA的CCD光纤光栅传感解调系统，宽带光源的输出接耦合器的第一端，耦合器的第三端接传感光栅的一端，传感光栅的另一端接匹配液，耦合器的第二端接光纤，光纤射出的光射向准直反射镜，经光谱成像单元后，分成不同波长的光并送入信号检测单元，通过光电转换将光信号转变成电信号；转换后的电信号经过信号采集处理单元进行采集处理。

光谱成像单元采用反射式的成像系统，衍射光栅、准直反射镜在空间上平行摆放。

信号检测单元采用CCD器件，同时对多点进行测量；分开的光经成像反射镜成像到CCD探测器上，进过光电转换，把光信号转换成电信号。

信号采集处理单元采用可编程逻辑器件FPGA来设计CCD驱动电路，用FPGA控制A/D转换和数据的存储，并利用FPGA的嵌入式CPU来采集处理数据；在CCD驱动电路的驱动下，转换后的电信号经过放大器采集放大，放大的信号经过A/D转换后送入处理器处理，输出的信号经过计算机计算分析获得反射谱信息，确定各点的中心波长的漂移量，完成传感波长的解调。

本实用新型的有益效果：光谱成像单元采用反射式的成像系统，色差小、体积小、结构简单、价格便宜，可进行多通道的实时成像；信号检测单元通过CCD探测器获得光谱的信息，将测量光谱线转化成测量光斑所在像元位置，可以同时对多点进行测量，提高了系统的稳定性和可靠性；信号采集处理单元采用可编程逻辑器件FPGA设计驱动电路和信号采集处理电路，充分利用了FPGA可编程特性及高实时性的特点，提高了系统的实时监测能力和解调速度，如果需要改变驱动电路的时序，只需要对器件重新编程，而不需要改变硬件配置。

附图说明

图1一种基于FPGA的CCD光纤光栅传感解调系统示意图。

图2光谱成像单元结构示意图。

图3CCD驱动电路结构示意图。

图4信号采集处理电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，为一种基于FPGA的CCD光纤光栅传感解调系统，宽带光源1的输出接耦合器的第一端21，耦合器的第三端23接传感光栅3的一端，传感光栅3的另一端接匹配液4，耦合器的第二端22接光纤5一端，接光纤5的另一端射出的光射向光谱成像单元中的准直反射镜8。

经过准直反射镜8反射后变成的平行光入射到衍射光栅7上，由于衍射光栅7的分光作用，把不同波长的光分开，分开的光经成像反射镜6成像到CCD9上；信号检测单元采用CCD9探测信号，通过CCD9实现光电转换，把光信号变成电信号；用FPGA15驱动CCD9，在CCD驱动电路10的驱动下，转换后的电信号经过AD放大器11采集放大，放大的信号经过A/D转换12后送入处理器13处理，输出的信号经过计算机14计算分析获得反射谱信息，确定各点的中心波长的漂移量，完成传感波长的解调。当从传感光栅3反射回来的光的波长发生漂移时，经过衍射光栅7的光的衍射角会发生变化，成像到CCD9上的位置也会发生变化。通过测量光斑在CCD9上不同的成像位置，可以测得波长的漂移量。