[发明专利]基于FPGA的弱光纤光栅高速解调装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的弱光纤光栅高速解调装置及方法，该装置利用FPGA并行处理多通道数据，并对每个通道进行并行流水处理，该装置包括ADC器件和FPGA器件，FPGA器件的每个通道均包括：ADC采样模块，用于接收ADC器件的数据，通过脉冲上升沿触发采集n个数据，每个周期内有m个脉冲，一个周期内每个通道采集m×n个数据；数据累加模块，用于将采集的数据按列进行累加；光栅定位模块，用于对累加和序列进行寻峰；光谱拼接模块，用于根据光栅空间位置信息从每个光栅空间位置处提取各自的光谱；波长解调及发送模块，用于对光栅光谱进行寻峰得到各个光栅的波长并将解调结果发送出去。

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感领域，尤其涉及一种基于FPGA的弱光纤光栅高速解调装置及方法。

背景技术

弱光纤光栅由于具有复用能力强、串扰小、性价比高等优势，在火灾报警、安全围栏等传感监测领域具有广泛应用。弱光纤光栅传感网络探测距离长、空间分辨率高，需要存储和处理的数据量非常大，现在传统顺序处理的方法是通过数据采集单元采集数据，将采集的数据存储再传输给数据处理单元进行解调处理，但这样采集数据的存储以及数据采集单元与数据处理单元之间的数据传输成为进一步提高弱光纤光栅传感距离、传感密度以及解调速度的瓶颈。

FPGA拥有并行处理的优势，其巨大的逻辑资源可以实现解调算法的并行处理和流水处理，这样可以实现弱光纤光栅的高速、多通道、长距离的解调。

发明内容

本发明针对现有技术中弱光纤光栅解调效率低以及资源消耗大，提供一种基于FPGA的高速、多通道、长距离的解调方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种基于FPGA的弱光纤光栅高速解调装置，其特征在于，该装置利用FPGA并行处理多通道数据，并对每个通道进行并行流水处理，该装置包括ADC器件和FPGA器件；ADC器件用于将弱光纤光栅模拟信号转换为离散的数字信号；FPGA器件的每个通道均包括：ADC采样模块，用于接收ADC器件的数据，用于通过脉冲上升沿触发采集n个数据，每个数据对应不同空间位置的反射信号，每个周期内有m个脉冲，每个脉冲对应不同的扫描波长，一个周期内每个通道采集m×n个数据：

脉冲1：{x₁₁，x₁₂，…，x_1n}

脉冲2：{x₂₁，x₂₂，…，x_2n}

…

脉冲m：{x_m1，x_m2，…，x_mn}；

数据累加模块，用于将采集的数据按列进行累加s_i＝x_1i+x_2i+…+x_mi，i＝1，2，3…n，得到累加和序列{s₁，s₂，…，s_n}。

光栅定位模块，用于对累加和序列{s₁，s₂，…，s_n}进行寻峰，得到各个光栅的空间位置信息{p₁，p₂，…，p_k}，其中k为光栅个数，且n≥2k；

光谱拼接模块，用于根据光栅空间位置信息{p₁，p₂，…，p_k}从每个光栅空间位置处提取各自的光谱：

光栅1：{x_1p1，x_2p1，…，x_mp1}