測量沖擊波到達時間的陣列式光纖探針系統(tǒng)研究.pdf

1、光纖探針系統(tǒng)作為沖擊波參數(shù)測量的設備之一，具有耐高溫/高壓、耐沖擊、不易受電磁干擾、傳輸損耗小、頻帶寬、體積小、質量輕等優(yōu)點，現(xiàn)已得到了廣泛的應用。隨著電子技術的發(fā)展，小型化、儀器化成為光纖探針系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。
　　本文在深入研究傳統(tǒng)光纖探針系統(tǒng)基本理論及實現(xiàn)方法的基礎上，結合目前廣泛應用的FPGA技術，對小型化、儀器化光纖探針系統(tǒng)的實現(xiàn)進行了研究，提出了一種可行方案，并給出了相應設計及仿真。
　　該方案采用自主發(fā)光技術

2、，以調制的激光信號作為沖擊波波面信息的載波信號，增強了系統(tǒng)抗干擾能力；采用Xlinix公司Virtex IV系列FPGA芯片作為整個系統(tǒng)的控制中心，對數(shù)據流進行控制，將高速數(shù)據暫存在SRAM后再以低速傳出，大大簡化了邏輯控制電路的設計，且省去了價格高昂體積龐大的高速數(shù)字示波器，可降低系統(tǒng)成本，減小系統(tǒng)體積。以上方法在光纖探針系統(tǒng)中的應用在國內外均未見報道。另外，該方案還采用光纖陣列進行多路設計，使系統(tǒng)的空間分辨率可由傳統(tǒng)光纖探針系統(tǒng)最高

3、0.4 mm左右提高至130μm左右；且系統(tǒng)采用異步串口通信，將采集到的數(shù)據上傳到PC機上進行處理，具有傳輸線少、成本低、可靠性高等優(yōu)點。
　　系統(tǒng)設計包括硬件及軟件兩個部分。硬件方面，根據所設計的系統(tǒng)方案框圖選擇元器件，并根據要求對各芯片進行了選型；構建電路系統(tǒng)，完成各部分電路的時鐘電源設計、接口設計，以及 FPGA的復位電路、配置電路等的設計，得到了硬件電路部分的原理圖；在綜合考慮高速信號的傳輸線理論，及反射、串擾及地彈等信號

4、完整性問題的基礎上，根據原理圖繪制出八層PCB版圖。軟件方面，以Xlinix公司提供的ISE為開發(fā)平臺，使用verilog硬件開發(fā)語言對FPGA內部各模塊進行了設計，完成了各模塊的RTL級代碼編寫。FPGA芯片作為數(shù)據流的控制中心，主要由DCM模塊、MGT模塊、SRAM控制模塊、UART模塊等組成，實現(xiàn)了對SRAM芯片、光收發(fā)模塊、串口等的控制。由于DCM模塊及MGT模塊的原始設計比較復雜，本文采用了Xilinx公司成熟高效的IP（In