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智能电网用光纤Bragg光栅传感解调系统的设计

苏阳  
【摘要】:随着光通信技术的发展,光纤传感技术逐渐引起人们的重视,并成为传感领域的一个重要研究课题。光纤布拉格光栅(FBG)是光纤传感领域里一种新的类型,它具有电气绝缘、抗电磁干扰、灵敏度高、体积小、重量轻等优点,并且利用复用技术很容易组建传感网络,实现分布式测量,因而被广泛用于航空航天、能源化工、电力监测等领域。如何快速有效的解调出光纤光栅传感信号是应用的前提,而解调系统的成本与体积限制了它在工程中的使用,因此,设计一种低成本、小型化的光纤光栅解调系统是光纤光栅传感器技术实用化的关键所在。本文分析了国内外光纤光栅传感技术的发展,在对光纤光栅解调原理深入了解的基础上,对比常用解调方法各自的优缺点,出于实用性和可行性的考虑,最终选用可调谐F-P滤波法作为本文的解调方法,利用波分复用技术组建分布式传感网络。硬件部分首先介绍系统中用到的光学器件,并根据设计指标选型;然后以FPGA作为核心处理器,完成硬件电路的搭建,包括F-P滤波器驱动电路、光电检测电路、A/D数据采集电路。最后基于LabVIEW软件开发平台,完成上位机监控软件的设计,通过串口对下位机数据的采集并实时显示,完成在线监测功能。信号处理部分是整个系统的核心,针对采集到的信号进行小波阈值去噪处理,滤除高频噪声,提高输入信号的信噪比。本文在传统小波阈值去噪算法中软、硬阈值函数以及现有文献所设计阈值函数的基础上,构造一个新的阈值函数,该函数对噪声的处理在信噪比和均方根误差上具有更好的优越性。再通过寻峰算法得出中心波长,进而计算出待测量的值。最后对整个解调系统的检测结果进行分析,给出了小波阈值去噪仿真图。并通过温度传感实验,把本文提出的阈值函数去噪算法运用到解调系统中,实验结果表明,运用该算法搭建的系统对温度的检测线性度高,检测精度满足工程需求,达到了预期设计目标,具有进一步的研究开发意义。


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