基于FPGA的拉曼分布式光纤测温系统数据采集处理模块设计

作     者：陈洋 乔丽君 曹康怡 范卜文 郭浩森 秦嘉辰 李健 张明江 

作者机构：太原理工大学电子信息与光学工程学院 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室 太原理工大学物理学院 

出 版 物：《激光与光电子学进展》 (Laser & Optoelectronics Progress)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0835[工学-软件工程] 081002[工学-信号与信息处理] 0702[理学-物理学] 

基　　金：中国国家自然科学基金(NSFC)(62075151,62205234,62105234,62205237) 山西省重点研发项目(202202030201004) 山西省青年科学基金(202103021223042,20210302124396) 山西省科技成果转化引导专项(202204021301042) 山西浙大新材料与化工研究院科研项目(2022SX-AT002) 

主　　题：拉曼分布式光纤测温系统 FPGA DDR3 AXI4 累加平均处理 

摘      要：拉曼分布式光纤测温系统在桥梁隧道、智能电网、油气管线、煤田煤矿等领域具有广泛的应用前景。传统拉曼分布式光纤测温系统中，系统的空间分辨率、温度精度、传感距离和信噪比等重要指标受采集处理模块的采样速率、信号量化位数、板载内存和数据处理能力性能制约，导致无法发挥其全部性能。本文设计了一种基于FPGA的长距离拉曼分布式光纤测温系统数据采集处理模块，采用AXI4总线分时突发读写DDR3存储器技术实现超长数据实时累加平均处理，通过UDP通信协议实现FPGA与上位机之间的数据传输，并且使用上位机对接收的数据进行温度解调和显示。实验结果表明，所提出的数据采集处理模块能够支持89.6 km的光纤信号采集，在10万次累加平均处理后，测温信号信噪比达到43.65dB，测温精度稳定在±0.21℃。该数据采集处理模块能够进一步推动拉曼分布式光纤测温系统的应用与发展。