某光纤液位测量系统信号转换技术研究

摘要

液位测量技术广泛应用于现代工业生产和日常生活中，用以检测液面高度信息。随着光纤通信、半导体光电子、计算机等技术的迅猛发展，为液位测量技术开辟了一条新的途径。光纤传感检测技术以光学技术为基础，将光纤作为敏感器件，把敏感信号通过光信息传递，经光电转换后，易于与高速发展的电子控制系统相结合。针对新型光纤液位传感器课题的需求，本文提出了一种应用于该液位测量系统的信号转换技术。
　　本文在分析国内外液位测量技术发展状况的基础上，介绍了新型光纤宏弯液位传感器的检测原理，给出了系统总体设计方案。光纤液位测量系统采用模块化的设计思路，主要由光源、光纤液位传感器、硬件检测设备以及软件组成。光源采用Thorlabs公司生产的高功率光纤耦合LED—M660F1为系统提供波长为660nm稳定光波。硬件检测电路由光电探测模块、模数信号转换模块、FPGA中央控制模块、USB数据通信模块组成。重点对光电二极管以及运算放大器噪声进行了分析，利用Spice软件对不同设置下运算放大器的噪声进行了仿真，实现运放的噪声优化。FPGA作为中央处理器负责系统的逻辑控制，文中主要分析了AD的采集转换控制、FIFO设计、USB通信控制等功能。上位机负责完成采集停止等命令的发送、数据的分析处理、绘制数据曲线以及数据显示等功能。最后，对本文所设计的光纤液位测量系统信号转换设计进行软硬件测试以及功能测试。结果表明，本设计性能稳定，能够满足设计的要求。

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绪论

1.1研究背景及意义

1.2液位测量技术研究现状及发展趋势

1.3光纤宏弯液位传感器

1.4主要工作及结构安排

1.5本章小结

2．信号转换的理论基础及系统总体设计

2.1光电信号转换

2.2模数信号转换

2.3光纤液位测量系统总体方案

2.4 本章小结

3．系统各功能模块设计及实现

3.1光电探测模块设计

3.2 AD模数转换设计

3.3 主控芯片FPGA 设计

3.4 USB2.0通信接口设计

3.5系统供电电路设计

3.6本章小结

4．运算放大器噪声优化设计

4.1光电二极管噪声分析及计算

4.2运算放大器噪声分析及计算

4.3运算放大器Spice分析及优化

4.4硬件电路优化设计

4.5本章小结

5．系统测试与结果分析

5.1硬件电路测试

5.2 功能测试

5.3 本章小结

6．总结与展望

6.1论文工作总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及所取得的研究成果

致谢