Nios平台下光信号FBG传感器嵌入式系统设计

本文主要探讨了基于Nios平台的光信号采集片上系统的设计，针对光纤布拉格光栅（FBG）传感器的信号快速获取进行了深入研究。FBG传感器因其稳定性、可靠性以及电磁兼容性等特性，被广泛应用于温度和形变在线监测领域，相比传统传感器具有显著优势。 设计的核心是采用Altera公司的Excalibur开发板，该板集成了一款嵌入Nios处理器的片上测量系统。硬件开发的关键步骤包括：配置Altera Excalibur板以构建嵌入式系统，以及设计CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器件）和高速ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）电路，用于高效地捕捉和转换光电信号。CCD负责接收和转化光信号，而ADC则确保信号的数字化处理。 在软件开发方面，作者使用Verilog语言实现了时序逻辑在Apex EP20K FPGA中的应用，同时运用C语言处理光电信号的获取过程。这个设计旨在优化系统性能，提供灵活、稳定且易于维护的解决方案，从而实现对FBG传感器信号的实时采集和处理，最终输出温度和应变值。 系统架构分为光学系统、光纤光栅部分和信号采集处理部分。光学系统利用高亮度激光源和分光仪，将光信号精确地送至FBG，反射后的特定波长被分光仪处理并投射到CCD上。信号采集处理部分通过CCD和ADC将光信号转换为电信号，再通过Nios处理器进行实时数据分析。 FBG传感器的工作原理基于布拉格反射现象，当特定波长的光照射到光栅时，只有满足布拉格条件的光波才会反射，其余光波则通过。反射回来的光波强度与被测参数（如温度或形变）的变化密切相关，因此可以通过测量这些反射光信号的变化来提取所需的信息。 总结来说，本文详细介绍了如何利用Nios平台和FPGA技术构建高效的FBG传感器信号采集系统，这在工业监控和科学研究等领域具有重要价值，能够提供更准确、实时的测量结果，降低维护成本，并提高系统整体的性能和可靠性。