基于FPGA的光外差干涉信号处理方法研究

摘要

随着中国高新技术的发展，在航空航天、能源和材料工业等集中的领域，无损评价的要求最为急切。由于传统的超声探头检测时需要在探头与样品之间用耦合剂完成能量的传递，而耦合剂会对样品表面产生污染，且在一些有毒、高温、高压、高辐射等状态下无法进行检测。
　　本文主要完成了对激光外差干涉系统的设计以及对信号的处理与分析，首先介绍了激光外差干涉系统的设计框图，阐述了该系统的工作原理以及实际光路的搭建模型，并分析了系统中所使用的几个主要光学元器件的自身特性及作用。介绍了对于外差干涉信号进行处理的方法。其次通过选择用FPGA对该系统采集的信号进行处理，分析了完成信号处理所用的算法，以及选择何种编程语言的原因，设计了完成信号处理需要的各个模块，并对每个模块的功能进行了仿真验证。最后对整个系统进行了一个仿真，将采集到的信号处理以后从仿真图中显示了出来，从而获得了激励所产生的激光超声振动位移与其频率的关系。对数据的分析是通过对静态的数据变化、动态数据变化以及超声探头获得的数据为对比，证明系统设计的有效性，以及设计的激光外差干涉系统可以检测到激光超声信号，同时获得了频率为2.35MHz的激光超声信号，激励光斑与反射光斑越近，检测效果越准确，然后再通过设计的FPGA系统实现对数据的仿真，与动态以及超声探头获得的数据对比发现检测到频率为2.35MHz的激光超声信号时，振动位移较大，反之较小。

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1 绪论

1.1 论文研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容及课题来源

2 基于FPGA的激光外差干涉系统设计

2.1 激光外差干涉系统的框图

2.2激光外差干涉系统原理

2.3 激光外差干涉系统中的主要器件

2.4 光电探测器的使用

2.5 数据采集系统

2.6 激光超声激励源系统

2.7 激光外差干涉测量信号处理方法

2.8 CPLD、FPGA、DSP 和单片机比较

2.9本章小结

3 基于FPGA的外差干涉信号的处理研究

3.1 基于FPGA的激光外差干涉信号处理方法及实现

3.2 Verilog HDL语言

3.3 硬件处理系统的构建

3.4 脉冲处理模块的设计

3.5 时钟倍频模块的设计

3.6 插频计数模块的设计

3.7本章小结

4 实验数据分析

4.1 静态数据分析

4.2 动态数据

4.3 FPGA处理数据结果分析

4.4本章小结

5 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢