[发明专利]基于FPGA的光纤传感系统的集成型控制方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的光纤传感系统的集成型控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，基于FPGA产生用于生成控制相位调制信号的数字电压信号，并通过模拟变换电路转换为能够触发相位调制器产生π/2相位偏移的模拟电脉冲信号；

步骤2，光电转换器将光纤传感系统的干涉光强结果转换为模拟电学信号；

步骤3，模拟数字转换模块将模拟电学信号线性地转换为光强数据；

步骤4，基于FPGA的实时控制和数据处理模块生成控制相位调制信号的数字电压信号，该数字电压信号控制采样窗口同步抽取有效的光强数据，根据移相调制法原理计算包裹相位，通过相位解包算法恢复绝对相位，并将相位结果格式化输出；

步骤4所述基于FPGA的实时控制和数据处理模块生成控制相位调制信号的数字电压信号，该数字电压信号控制采样窗口同步抽取有效的光强数据，根据移相调制法原理计算包裹相位，通过相位解包算法恢复绝对相位，并将相位结果格式化输出，具体如下：

(4.1)相位调制信号产生单元基于三步移相调制原理产生脉冲宽度为T_p和重复周期为T的相位调制信号的数字电压信号，经由模拟变换电路处理后控制相位调制器产生的相位偏移；

(4.2)从干涉光强数据流中定位调制相位分别为0的三个时间窗口，分别抽取每个时间窗口内中心采样位置对应的数据I_A，I_B，I_C作为有效光强数据；

(4.3)计算包裹相位θ_W，公式为

(4.4)基于区域生长算法计算与每个包裹相位对应的干涉级次k值，进而计算绝对相位θ＝θ_W+k·π；

(4.5)相位信息格式化和通信单元按照用户定制的数据格式对相位结果进行组帧，通过USB或者TCP/IP通信协议接口将数据传送给主机。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的光纤传感系统的集成型控制方法，其特征在于，步骤(4.1)中所述脉冲宽度为T_p和重复周期为T的相位调制电脉冲信号，其中用n表示光纤折射率，c表示光速，ΔL表示干涉臂长的差值，则用s表示相邻两个传感器之间距离，m表示光纤传感系统的传感器数目，对于三步移相调制原理，满足T≥m·3T_p。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的光纤传感系统的集成型控制方法，其特征在于，步骤(4.2)所述抽取每个时间窗口内中心采样位置对应的数据，抽取原则为：在每个重复周期T内，抽取有效光强数据时的采样窗口的时间原点是相位调制电脉冲信号的上升沿。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的光纤传感系统的集成型控制方法，其特征在于，步骤(4.4)所述区域生长算法满足以下条件：采样间隔时间内由实际物理参数变化引起的相位数值的绝对变化量小于预设的常量型参数D_min且D_min＜π；

所述区域生长算法具体过程如下：令第一个包裹相位θ_W(1)对应的干涉级次k(1)为0，依次计算后一个包裹相位θ_W(i+1)与前面相邻的包裹相位θ_W(i)的差值Δ，其中1≤i≤N，N为包裹相位的总数：

如果|Δ|≤D_min，则k(i+1)＝k(i)；

如果-π＜Δ≤D_min-π，则k(i+1)＝k(i)+1；

如果π-D_min＜Δ≤π，则k(i+1)＝k(i)-1；

其他情况下，视该包裹相位为无效的噪声相位；

通过梯度连续性原则计算绝对相位：θ(i+1)＝2θ(i)-θ(i-1)。