[发明专利]一种光纤光栅的光谱处理系统

说明书

本发明提供了一种光纤光栅的光谱处理系统，包括，全可编程异构多核芯片，以与全可编程异构多核芯片连接的线阵CCD、模数转换器、DDR3存储器、SD卡和LCD触摸屏，全可编程异构多核芯片包括，处理器系统和可编程逻辑资源，处理器系统包括第一处理器和第二处理器；SD卡存储Linux操作系统，Linux操作系统包括Linux用户空间和Linux内核空间；第一处理器搭载裸机程序，用于读取可编程逻辑资源传输至DDR3存储器的光谱数据，解调得到光纤光栅中心波长，将中心波长写入到第一处理器和第二处理器的共享内存中；第二处理器，调用SD卡的Linux操作系统，在Linux将共享内存中的中心波长，传输至模数转换器。本发明体积小、数据吞吐量大、具有强大实时处理能力和高性能数据总线接口。

技术领域

本发明涉及光纤光栅的光谱数据处理技术领域，特别是涉及一种光纤光栅的光谱处理系统。

背景技术

光纤光栅光谱处理系统通过线阵CCD探测光纤光栅传感器的反射光谱，然后对模数转换芯片输出的一维CCD光谱图像采样数据进行读取，最后通过异构多核平台对光谱图像进行显示以及计算得到光纤光栅传感器的中心波长。实时性好，处理能力强的光纤光栅光谱处理系统是基于光谱成像法光纤光栅解调系统的关键技术。

以往光纤光栅光谱处理系统的典型架构有三种：

(1)第一种是FPGA+PC光谱处理系统。线阵CCD输出的光谱图像到模数转换芯片，FPGA对模数转换芯片输出的一维CCD光谱图像采样数据进行读取，然后FPGA将读取到的光谱采样数据在RAM(随机存取存储器)中进行缓存，在完成CCD一帧图像的读取后，通过网络通信的方式将光谱数据发送到电脑，电脑上位机软件读取传输得到的光谱数据后绘图得到光谱图像并显示，同时通过寻峰解调算法对光谱数据计算得到光纤光栅传感器反射谱的中心波长。这种传统的FPGA+PC的光纤光栅光谱处理架构，对硬件性能要求较高，对上位机软件处理数据的性能和效率要求较高，系统不容易做到小型化和低功耗，对于实际工程应用有一定的局限性。

(2)第二种是FPGA+ARM光谱处理系统。线阵CCD输出的光谱图像到模数转换芯片，FPGA对模数转换芯片输出的一维CCD光谱图像采样数据进行读取，然后FPGA缓存得到一帧光谱图像后将光谱数据通过PCB(印刷电路)走线形式传输至ARM(处理器)中，ARM中用寻峰算法对光谱数据进行解调得到光纤光栅传感器反射谱的中心波长，最后将中心波长数据通过串口发送到上位机进行显示存储。这种FPGA+ARM的光纤光栅图像处理架构，硬件设计较为复杂，系统不易小型化。FPGA与ARM之间芯片级的总线互联导致数据带宽非常有限，往往是整个光纤光栅图像处理系统的瓶颈，使得高速大数据量的光纤光栅图像处理系统的数据吞吐能力较差，导致光纤光栅解调性能较低，对高频实时采集的应用场景有一定的局限性。

(3)第三种是FPGA+内部软核光谱处理系统。线阵CCD输出光谱图象到模数转换芯片，FPGA对模数转换芯片输出的一维CCD光谱图像采样数据进行读取，然后FPGA将读取到的光谱数据缓存一帧后发送到由FPGA逻辑资源搭建的软核流水线处理器，软核处理器通过寻峰解调算法对光谱数据进行处理后输出光纤光栅传感器的中心波长，最后上位机通过串口读取中心波长后进行显示存储。这种FPGA+软核处理的方法对FPGA逻辑资源消耗较多，并且软核处理器的时钟信号通常较低，导致软核的性能较差，导致光谱数据的寻峰解调速率较低，因而不能对高速数据进行实时解调，对于要求高采样率的场景有一定的局限性。

发明内容

为了解决现有技术中光谱数据吞吐差、光谱数据解调速率低的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种光纤光栅的光谱处理系统，所述处理系统包括，全可编程异构多核芯片，以与所述全可编程异构多核芯片连接的线阵CCD、模数转换器、DDR3存储器、SD卡和LCD触摸屏，

其中，所述全可编程异构多核芯片包括，处理器系统和可编程逻辑资源，所述处理器系统包括第一处理器和第二处理器；所述SD卡存储Linux操作系统，所述Linux操作系统包括Linux用户空间和Linux内核空间；