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MCU 的分布式光纤传感器 PGC 数字解调

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MCU 的分布式光纤传感器PGC 数字解调

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沙发
wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 17:52 | 只看该作者
干涉型分布式光纤可布放海底管道上,当海底管道发生泄漏时用于泄漏
点的定位检测。由于海底工作环境恶劣,管道泄漏事故频率较高,分布式光纤
传感器泄漏检测技术越来越受到各国的重视。干涉型分布式光纤传感器信号解
调的方法将直接影响系统的检测性能。由于相位高频载波解调技术(PGC)结
构简单被广泛应用,而传统的模拟器件解调精确度较低。本文设计了一种基于
GD32F103ZET6 处理芯片的数字式解调电路,对干涉型分布式光纤传感器的
PGC 数字式解调系统进行了研究。
(1)研究了干涉型分布式光纤传感器的 Sagnac 和 Mach-Zehnder 混合干涉
原理,并对系统中的相位调制原理进行了分析比较,通过原理分析与数学推导
研究了干涉信号的相位载波解调技术,并验证了该解调技术的可行性。同时,
在滤波算法研究的基础上,改进了卡尔曼滤波算法。
(2)对 PGC 数字式解调的关键技术进行了理论分析,通过比较模拟与数
字式解调之间的区别,突出数字式解调的优势。同时,对 PGC 数字解调的关
键技术加零内插技术进行了原理分析,使用 matlab 进行加零内插采样仿真分析,
模拟目标频率 300kHz,根据奈奎斯特抽样定理,采样频率为 1MHz,采样点数
N
为 1024,再用一倍的零点内插,即
N
为 10240,观察前后时域频谱的变化,
通过仿真比较确定了加零技术的可行性。
(3)改进了干涉型分布式光纤传感器管道泄漏检测装置,设计了检测系
统中 PGC 解调的数字电路,并对 PGC 解调数字算法进行了研究,同时也设计
了检测系统的上位机软件,在检测过程中可以实时传输检测数据并可以用波形
实时显示检测数据。
(4)对干涉型分布式光纤传感器管道泄漏检测装置进行了全面的性能试
验与分析。实验证明:在实验室搭建的实验平台进行多次实验对比分析,在泄
漏点位置与法拉第旋转镜距离为 8045m 处,根据定位公式可获得泄漏点距离法
拉第旋转镜的实测距离为 8188.7m,绝对误差为 143.7m,相对误差为 1.75%。

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板凳
wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 17:54 | 只看该作者

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地板
wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 17:56 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 17:57 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:05 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:07 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:07 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:09 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:09 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:11 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:12 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:12 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:15 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:16 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:17 | 只看该作者
过零检测模块设计

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:18 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:21 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:24 | 只看该作者

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wangjiahao88|  楼主 | 2022-12-1 18:25 | 只看该作者
AD7655 数据采集的软件流程见图 5.7 所示。首先,MCU 先对与 AD7655
芯片引脚相连接的 GPIO 口进行配置,然后,配置 FSMC 控制器的相关模式、
时序等。再按照上述的 3 个步骤配置 FSMC 与 AD7655 相连接的相关寄存器,
配置完上述寄存器之后 AD7655 就可以正常工作了。那么,只要连续的读取单
通道的转换数据就可以实现泄漏信号的采集,最终 MCU 将数据传输给上位机,
实现上位机对数据的处理、分析与显示。部分程序配置如下:
void ADC_Conver(void)
{
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_6); // CONVERT 置 1
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_14); //RESET1
GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_13); //PD
GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6); //A0
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_6); //CONVERT 置 0
delay_us(1);
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_6); // CONVERT 置 1
while((GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC, GPIO_Pin_7))==1)
{
}
ADC_RD_data(ADC_buf);
}
void ADC_RD_data(uint16_t* pBuffer)
{
GPIO_SetBits(GPIOE, GPIO_Pin_6); //A/B 选择置 1,通道 A 读数据
*pBuffer++ = *(__IO uint16_t*)(ADC_DR_Address);
}


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