一种基于FPGA的光纤振动解调装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的光纤振动解调装置和方法，装置包括：FPGA并行处理器，所述FPGA并行处理器提供多个光纤通道，所述每个光纤通道均包括脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块；所述FPGA并行处理器用于控制多个光纤通道内的脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块同时分别进行脉冲编码、采样、相位解调和相位合并处理；所述FPGA并行处理器还用于控制每单个光纤通道内的脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块同时分别进行脉冲编码、采样、相位解调和相位合并处理。本发明专利技术实现了光纤多通道并行处理和单通道内光纤的流水处理，从而实现了光纤高速、长距离和多通道同时解调的目的。的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的光纤振动解调装置和方法


[0001]本专利技术涉及光纤振动检测传感
，具体涉及一种基于FPGA的光纤振动解调方法和装置。

技术介绍

[0002]光纤传感由于具有灵敏度高、监测距离长、环境耐受性好等优势，在振动监测传感领域具有广泛应用。光纤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光纤传感距离、传感密度以及解调速度的瓶颈。
[0003]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，因此，需要提供一种结合FPGA的光纤振动解调装置，以实现光纤高速、长距离和多通道的解调，提高光纤解调的效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种基于FPGA的光纤振动解调装置和方法，用以实现光纤高速、长距离和多通道的并行流水解调的目的。
[0005]为达到上述技术目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于FPGA的光纤振动解调装置，包括FPGA并行处理器，所述FPGA并行处理器提供多个光纤通道，所述每个光纤通道均包括脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块；
[0006]所述FPGA并行处理器用于控制多个光纤通道内的脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块同时分别进行脉冲编码、采样、相位解调和相位合并处理；
[0007]所述FPGA并行处理器还用于控制每单个光纤通道内的脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块同时分别进行脉冲编码、采样、相位解调和相位合并处理。
[0008]在一些实施例中，所述脉冲编码模块用于生成脉冲编码，并对光源进行调制，生成编码脉冲光；
[0009]所述ADC采样模块用于基于所述电脉冲信号的触发，采集光纤不同空间位置的散射信号；
[0010]所述相位解调模块用于对所述散射信号进行解调，以获得散射光相位信息；
[0011]所述相位合并模块用于对散射光相位信息进行按列合并，获得合并散射光相位信息。
[0012]在一些实施例中，所述脉冲编码模块生成编码脉冲，所述编码脉冲包括多个单脉冲。
[0013]在一些实施例中，所述相邻两个单脉冲信号的时间间隔满足以下关系：
其中，m为脉冲个数，T
x
(x为大于0小于m的整数)为相邻单脉冲的时间间隔，f
s
为ADC采样率。
[0014]在一些实施例中，所述ADC采样模块通过单脉冲触发采集多组数据，其中，所述数据的组数与空间位置的光纤散射信号数目一一对应。
[0015]在一些实施例中，通过ADC采集的所述脉冲信号每个通道均包括x、y和z三路通道信息，其中，所述三路通道信息分别通过以下公式表达：
[0016][0017][0018][0019]其中，x(i)表示x通道的信息，y(i)表示y通道的信息，z(i)表示z通道的信息，A为幅值，为相位。
[0020]第二方面，本专利技术还提供了一种基于FPGA的光纤振动解调方法，应用于上述所述的基于FPGA的光纤振动解调装置，所述方法包括：
[0021]基于所述FPGA并行处理器，同时对每个光纤通道内的入射光进行脉冲编码、ADC信号采集、相位解调和相位合并处理，并且对同一个光纤通道中每个周期内的入射光同时进行脉冲编码、ADC信号采集、相位解调和相位合并处理。
[0022]在一些实施例中，所述同时对每个光纤通道内的入射光进行脉冲编码、ADC信号采集、相位解调和相位合并处理，包括：
[0023]同时对每个通道内的入射光进行脉冲编码，得到单脉冲调制光，基于单脉冲调制光，采集光纤不同空间位置的散射信号，对各个通道中每个周期内的第一个脉冲进行相位解调，获得第一散射光相位信息，并将所述第一散射光相位信息记录至FPGA并行处理器中；
[0024]对各个通道中每个周期内的第二个脉冲至最后一个脉冲进行相位解调，获得对应的多个第二散射光相位信息；
[0025]调取所述FPGA并行处理器中的所述第一散射光相位信息，并将所述第一散射光相位信息与所述多个第二散射光相位信息进行相加，获得累加相位信息；
[0026]对所述累加相位信息进行后处理，获得后处理相位信息，并将所述后处理相位信息记录至所述FPGA并行处理器中，并基于所述FPGA并行处理器对每个通道光纤的散射信号进行并行处理。
[0027]在一些实施例中，所述调取所述FPGA并行处理器中的所述第一散射光相位信息，并将所述第一散射光相位信息与所述多个第二散射光相位信息进行相加，获得累加相位信息，包括：
[0028]调取所述第一散射光相位信息，将第二个脉冲对应的第二散射光相位信息与所述第一散射光相位信息相加，获得第二累加相位信息，并将所述第二累加相位信息记录至所述FPGA并行处理器中；
[0029]调取所述FPGA并行处理器中的第二累加相位信息，将第三个脉冲对应的所述第二散射光相位信息与所述第二累加相位信息相加，获得第三累加相位信息，并将所述第三累加相位信息记录至所述FPGA并行处理器中；
[0030]调取所述所述FPGA并行处理器中的第三累加相位信息，将所述第三累加相位信息与其它所述第二散射光相位信息相加，获得累加相位信息。
[0031]在一些实施例中，所述散射光相位信息可通过如下公式表达：
[0032][0033]其中，x(i)表示x通道的信息，y(i)表示y通道的信息，z(i)表示z通道的信息，为相位信息。
[0034]与现有技术相比，本专利技术提供的基于FPGA的光纤振动解调装置和方法，包括：FPGA并行处理器，所述FPGA并行处理器提供多个光纤通道，所述每个光纤通道均包括脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块；所述FPGA并行处理器用于控制多个光纤通道内的脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块同时分别进行脉冲编码、采样、相位解调和相位合并处理；所述FPGA并行处理器还用于控制每单个光纤通道内的脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块同时分别进行脉冲编码、采样、相位解调和相位合并处理。本专利技术所提供的装置基于FPGA并行处理器，不仅减轻了FPGA存储传输负担，可支持更多通道、更长距离的光纤振动相位解调，同时实现了光纤振动多通道的并行处理和单通道内光纤的流水处理，提高了光纤解调的效率。
附图说明
[0035]图1是本专利技术提供的基于FPGA的光纤振动解调装置一实施例的结构示意图；
[0036]图2是本专利技术提供的基于FPGA的光纤振动解调方法的一实施例的流程图；
[0037]图3是本专利技术提供的基于FPGA的光纤振动解调方法中，FPGA并行处理一实施例的时序图；
[0038]图4是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的光纤振动解调装置，其特征在于，包括：FPGA并行处理器，所述FPGA并行处理器提供多个光纤通道，所述每个光纤通道均包括脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块；所述FPGA并行处理器用于控制多个光纤通道内的脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块同时分别进行脉冲编码、采样、相位解调和相位合并处理；所述FPGA并行处理器还用于控制每单个光纤通道内的脉冲编码模块、ADC采样模块、相位解调模块和相位合并模块同时分别进行脉冲编码、采样、相位解调和相位合并处理。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的光纤振动解调装置，其特征在于，所述脉冲编码模块用于生成脉冲编码，并对光源进行调制，得到编码脉冲光；所述ADC采样模块用于基于所述电脉冲信号的触发，采集光纤不同空间位置的散射信号；所述相位解调模块用于对所述散射信号进行解调，以获得散射光相位信息；所述相位合并模块用于对散射光相位信息进行按列合并，获得合并散射光相位信息。3.根据权利要求2所述的基于FPGA的光纤振动解调装置，其特征在于，所述编码脉冲光包括多个单脉冲光。4.根据权利要求3所述的基于FPGA的光纤振动解调装置，其特征在于，所述相邻两个单脉冲信号的时间间隔满足以下关系：脉冲信号的时间间隔满足以下关系：其中，m为脉冲个数，T
x
(x为大于0小于m的整数)为相邻单脉冲的时间间隔，f
s
为ADC采样率。5.根据权利要求3所述的基于FPGA的光纤振动解调装置，其特征在于，所述ADC采样模块通过单脉冲触发采集多组数据，其中，所述数据的组数与空间位置的光纤散射信号数目一一对应。6.根据权利要求5所述的基于FPGA的光纤振动解调装置，其特征在于，通过ADC采集的所述脉冲信号每个通道均包括x、y和z三路通道信息，其中，所述三路通道信息分别通过以下公式表达：下公式表达：下公式表达：其中，x(i)表示x通道的信息，y(i)表示y通道的信息，z(i)表示z通道的信息，A为幅值，为相位。7.一种基于FPGA的光纤振动解调方法，应用于权利要求1
‑
6任一项所述的基于FPGA的光纤振动解调装置，其特征在于，所述方法包括：基于所述FPGA并行...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱磊，黎朵，熊艳，于本化，刘芹，
申请(专利权)人：武汉理工光科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：