高速光纤光栅解调系统数据传输与监测软件设计

摘要

光纤光栅传感技术的迅速发展带动了光纤光栅解调技术的不断创新，光纤光栅传感器的无源、耐腐蚀、耐高温、抗电磁干扰等优良特性促使其应用越来越广泛，致使光纤光栅传感解调系统成为全球各专家和学者的一个研究热门。然而目前分布式、长距离、高精度、高速、多通道、大容量的薪型传感网络也给研究光纤光栅传感解调系统提出了新的难题和挑战。在这些难题和挑战中，数据传输和监测软件的性能成为影响光纤光栅解调系统性能的关键。指标的提高和数据量的增加对数据传输的效率提出了更高的要求，如何改进数据传输模式、提高数据传输速率成为解决这一难题的重点;同时，监测软件需要具有解调结果的实时监测、传感信号波形的实时显示、监测数据的实时存储等三个重要功能。基于此，本文重点研究研究高速光纤光栅系统中数据传输方法和监测软件的设计与实现。
　　以基于FPGA的高速光纤光栅解调系统为平台，分析了高速光纤光栅数据特性，研究了高速光纤光栅数据传输技术，设计了基于FPGA的大数据传输方法，同时分析了系统软件需求，设计了高速光纤光栅监测软件。具体研究工作有:(1)设计了针对光纤光栅解调数据的串行编码方法，有效的减少了光纤光栅数据的传输量;(2)设计了基于FPGA的针对光纤光栅数据特性的硬件压缩算法，解决了大容量数据的传输问题，提高了光纤光栅数据传输效率;(3)设计了高速数据缓冲模块，解决了数据实时性和同步问题。(4)完成了光纤光栅数据的接收与解码设计，通过设计监测显示模块，改进监测软件的波形显示效果，实现了信号波形实时监测和频域分析，实现了数据的实时存储。
　　通过实验测试，数据传输达到实时性要求，数据传输速率稳定，动态数据压缩率达到40％，在保证数据的完整传输条件下，有效的减低了数据传输量。监测软件长时间运行稳定，显示信号波形效果良好，数据存储快速、完整，软件操作方便，用户体验良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源、背景及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景及意义

1．2 相关领域的国内外研究与发展现状

1．3 本文的主要研究工作

第2章 高速光纤光栅数据传输设计与实现

2．1 高速光纤光栅解调系统

2．2 FPGA数据传输系统设计

2．3 数据串行编码设计与实现

2．3．1 数据特性分析

2．3．2 数据编码设计

2．3．3 基于FPGA的数据编码实现

2．4 数据压缩设计与实现

2．4．1 数据压缩设计

2．4．2 基于FPGA的数据压缩实现

2．5 数据缓冲设计与实现

2．5．1 数据缓冲设计

2．5．2 基于FPGA的数据缓冲实现

2．6 中央数据处理设计与实现

2．7 本章小结

第3章 高速光纤光栅监测软件设计

3．1 软件需求分析

3．2 软件整体设计

3．3 数据接收与解码

3．3．1 数据接收模块设计

3．3．2 数据解压缩模块设计

3．3．3 数据解码模块设计

3．4 光纤光栅传感标定

3．4．1 FBG波长计算

3．4．2 FBG传感标定

3．5 监测显示模块

3．5．1 波形显示控件设计

3．5．1 峰值列表显示

3．5．2 时域波形显示

3．5．3 频域波形显示

3．6 数据存储设计

3．6．1 文本存储

3．6．2 二进制存储

3．7 本章小结

第4章 系统性能测试与分析

4．1 数据传输性能测试与分析

4．1．1 数据压缩测试

4．1．2 数据传输速率测试

4．2 监测软件性能测试和分析

4．2．1 监测波形显示测试

4．2．2 数据保存测试

4．2．3 软件稳定性测试

4．3 航空发动机悬臂板疲劳实验系统测试

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文的主要研究成果

5．2 未来工作和研究方向

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果