1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究目的及意义

近年来，基于光纤光栅的传感检测技术迅速发展，由于具有电气绝缘、抗电磁干扰、耐酸碱腐蚀、体积小、重量轻灵敏度高等优点而广泛应用于煤矿、石油、化工、航空航天、建筑物结构健康检测、复杂机械系统动态检测等领域。随着应用领域的不断发展，对解调精度、解调速率要求越来越高，因此高速的波长解调算法得到了深入的研究。其中光纤光栅是种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件，谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化敏感^[1]，在光纤通信和光纤传感领域得到了广泛应用。目前它已成为最有发展前途、最具代表性和发展最为迅速的光纤无源器件之一，因此设计一个高速有效低成本的光纤光栅波长解调算法显得尤为重要。

针对应变、温度和振动等参量的测试需求，如何做到对波长微小位移的快速检测是光纤光栅传感器应用的关键技术之一。本题目运用fpga(现场可编程逻辑门阵列)技术将光纤光栅波长进行线性解调，实现反射光谱峰值的精确定位，同时将解调得到的波长值通过fpga上的tcp/ip网络通信协议栈输出到上位机显示^[2-4]，减少了上位机计算时间，减少了上下位机数据传输量，提高了系统整体的光栅容量。且采用面向连接的tcp/ip协议易于实现，通用性好，传输速度快，距离远，可靠性好。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究内容

(1)研究高速寻峰算法。寻峰算法的主要目的就是准确地找到峰值的位置，但是采集系统得到的数据是离散的、不连续的数据，由采集的离散数据得到峰值位置，通过大小比较选取数据的最大值作为峰值位置误差较大，我们寻峰使用的是数学算法。目前，光纤光栅解调常用的寻峰算法包括直接比较算法、质心探测算法、一般多项式拟合法、高斯拟合法等。我们将对几个算法进行分析比较和改进，由于其他几个算法计算量大，不适合fpga做实时运算，为了满足使用fpga硬件高速寻峰从而，最终确定使用直接比较算法并进行相应改进，同时加入了光梳状滤波器以及单峰滤波器作为参考光路实现光纤光栅波长的高速硬件标定。

(2)以光纤光栅波长的高速解调算法研究为背景，使用高速ad对光栅传感信号、梳状、单峰进行采样，将多个数据点存储于fpga的ram中，利用verilog hdl硬件描述语言在fpga上运行寻峰算法找到波长数据的峰值点，对峰值做线性计算，实现光纤光栅波长在硬件上的高速解调。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需理论基础。确定方案，完成开题报告。

第4－5周：掌握fpga设计方法，学习verilog hdl设计语言，完成英文资料的翻译，

熟悉开发环境。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]陈伟民,江毅.光纤布拉格光栅应变传感技术. 光通信技术,1995,19(3):249-253

[2] k morita, k abe, implementation of udp/ip protocol on fpga and its performance evaluation. ipsj general conf.special5,157-158

[3]崔鹏，刘云清，盛家进.基于fpga的udp/ip协议栈的研究与实现.长春理工大学学报.2014