基于面阵CCD的光纤输出光束特征检测系统设计

发布时间：2017-08-05 09:09

  本文关键词：基于面阵CCD的光纤输出光束特征检测系统设计

  更多相关文章： 面阵CCD FPGA 光场分布 三维成像

【摘要】：随着科技的发展,光纤传感技术以其灵敏度高、抗电磁干扰能力强、适应性好等特点广泛应用于军事、航空、能源环保等领域。可见光波段作为光学研究中非常重要的波段,其波段内光纤输出的光束特征是研究光纤传感的重要参考因素。传统检测光纤输出的方法有利用光电探测器、光谱仪、光功率计等,但这些方法或者精确度不高、或者不能直观观测到光纤输出的光束特征情况。因此,开发一种响应速度快、稳定性高、实验结果直观的光纤输出光束特征检测系统具有十分重要的意义。本课题设计了一种基于CCD图像传感器的检测系统,对光纤输出光束特性进行实时在线检测,通过FPGA驱动面阵CCD实现对光纤输出光束的光强分布特征进行实时采集,并将数据通过TCP/IP接口发送到上位机进行处理,在上位机中进行可视化处理并得到光束特征参数同时建立光场分布的三维模型。论文的主要内容有:首先,根据光束检测系统的发展现状,针对光纤输出的光束特征,提出了采用面阵CCD对光束特征进行在线实时获取的方案;其次,对系统的开发平台以及各模块的工作原理进行了详细的说明,并对系统硬件电路方案进行了论证和设计;再次,分别从时序的设计、信号的流向、数据的处理、模块间的协同工作等方面进行了FPGA的Verilog HDL程序设计,并在Modelsim环境下对设计的各个功能单元进行了仿真验证;最后,设计并完成整个硬件系统的电路实现并进行了大量的实验研究。对CCD成像质量、实时数据采集与传输等方面开展了验证与优化设计,并将采集的光纤输出图像数据发送给上位机,在上位机中生成图像并获取光束特征参数以及建立光场分布的三维模型,进而对所设计的硬件系统功能和特性进行深入的测试与验证。本文设计的基于面阵CCD的光束特征检测系统能够用廉价的成本实现光束光场分布特征的在线检测、处理及传输,通过配合上位机软件能够对光束特征参数以及光束光场的三维分布进行实时获取和质量分析。本文研究成果对于解决低成本光束特征分析和光干涉场分布的实时测量具有很好的实际参考价值。
【关键词】：面阵CCD FPGA 光场分布 三维成像
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274;TN253
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 课题研究主要内容12-14
• 第2章 硬件系统的设计方案14-34
• 2.1 引言14
• 2.2 系统的整体设计方案14-15
• 2.3 FPGA模块15-19
• 2.3.1 FPGA模块的功能15-17
• 2.3.2 FPGA的结构及设计流程17
• 2.3.3 FPGA的开发平台及工具17-19
• 2.4 CCD驱动模块19-27
• 2.4.1 CCD的分类19-21
• 2.4.2 CCD性能指标21-22
• 2.4.3 CCD的工作原理22-25
• 2.4.4 CCD芯片ICX205AL的选用25-26
• 2.4.5 ICX205AL驱动电路设计26-27
• 2.5 模/数转换模块27-29
• 2.5.1 模/数转换模块的功能介绍27-28
• 2.5.2 模/数转换芯片AD9824的选用28
• 2.5.3 AD9824的驱动电路28-29
• 2.6 SRAM模块29-30
• 2.7 网络通信模块30
• 2.8 电源管理模块30-33
• 2.8.1 硬件系统的电压要求30-31
• 2.8.2 电源管理模块的设计31-33
• 2.9 本章小结33-34
• 第3章 FPGA程序设计及仿真分析34-52
• 3.1 引言34
• 3.2 FPGA各模块的时钟设计34-35
• 3.3 ICX205AL时序设计35-45
• 3.3.1 ICX205AL的时序分析与仿真35-41
• 3.3.2 ICX205AL帧率的计算41-43
• 3.3.3 ICX205AL曝光时间的计算43-45
• 3.4 AD9824时序设计45-47
• 3.4.1 AD9824的内部寄存器配置45-46
• 3.4.2 AD9824的时钟设计与仿真46-47
• 3.5 SRAM的时序设计47-50
• 3.5.1 SRAM写时序设计47-50
• 3.5.2 SRAM读时序设计50
• 3.6 本章小结50-52
• 第4章 系统的实验与结果分析52-60
• 4.1 引言52
• 4.2 硬件电路的上电测试52-53
• 4.3 实际信号的观测与分析53-54
• 4.4 网络通信测试54-55
• 4.5 光束的特征检测55-59
• 4.5.1 曝光时间对光束光斑明暗的影响56
• 4.5.2 保偏光纤模间干涉实验结果分析56-58
• 4.5.3 光束特征的参数分析58-59
• 4.6 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 卿与三,江东林,吕百达;平面波经方环衍射后的光束质量评价[J];激光技术;2001年05期

2 陈付幸,刘天华,姜宗福,李文煜;用剪切干涉法测气动窗口流场对光束质量的影响[J];强激光与粒子束;2001年06期

3 邓小玖,胡继刚,刘彩霞,王建国;光束质量因子的研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2002年06期

4 邓小玖,谢莉莎,刘彩霞;光束质量与光束质量因子[J];广西物理;2003年02期

5 吕百达,季小玲,罗时荣,陶向阳;激光的参数描述和光束质量[J];红外与激光工程;2004年01期

6 康小平;何仲;钟山;黄宏潮;黄槐仁;吕百达;;非傍轴截断平顶光束的质量因子[J];强激光与粒子束;2007年02期

7 易亨瑜;胡晓阳;陈门雪;;非中心对称像差系统的光束质量控制[J];红外与激光工程;2007年S1期

8 田英华;叶一东;向汝建;关有光;周文超;;光束质量因子测量的不确定度分析[J];强激光与粒子束;2008年07期

9 曾茜逾;曹益平;周力萍;;激光测头光束质量分析与控制[J];强激光与粒子束;2009年01期

10 李震;周军;薛宇豪;何兵;刘驰;漆云凤;董景星;魏运荣;楼祺洪;潘志勇;;β因子用于被动相干组束系统光束质量评价的探讨[J];中国激光;2011年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张艳;张彬;祝颂军;;光束谱合成的模拟分析[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

2 季小玲;窦玲玉;;部分相干环状光束通过大气湍流传输光束质量劣化的研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

3 廖常俊;魏正军;王金东;殷建玲;;可相干并合的光束[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

4 田小强;周文超;彭勇;解平;胡晓阳;;光束质量测试系统标定技术[A];第十七届全国激光学术会议论文集[C];2005年

5 易亨瑜;胡晓阳;陈门雪;;非中心对称像差系统的光束质量控制[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年

6 高昆;许立新;郑睿;明海;;光束合成技术[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年

7 解平;胡晓阳;雒仲祥;谢川林;彭勇;田小强;何均章;魏继峰;;集成化光束质量测试系统[A];中国工程物理研究院科技年报（2003）[C];2003年

8 杜燕贻;束小建;刘兴荣;王元璋;李守先;;折叠虚共焦非稳腔对近场光束质量的改善[A];中国工程物理研究院科技年报（2000）[C];2000年

9 盛正卯;;光束质量因子小于1的新光束[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（上册）[C];1999年

10 高春清;高明伟;王青;何晓燕;魏光辉;;LD列阵的光束参数测试和光束质量的研究[A];2002年中国光学学会年会论文集[C];2002年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 向汝建;高能固体板条激光器光束质量主动控制技术研究[D];中国工程物理研究院;2015年

2 康小平;非傍轴标量和矢量光束的光束质量研究[D];四川大学;2006年

3 潘孙强;高功率固体激光振荡器与放大器光束质量控制技术研究[D];浙江大学;2013年

4 魏小红;高功率激光非线性过程中的光束质量与传递特征[D];复旦大学;2009年

5 郭学石;全光纤脉冲孪生光束的产生和应用[D];天津大学;2014年

6 贺元兴;激光光束质量评价及测量方法研究[D];国防科学技术大学;2012年

7 马建立;DPL的光束质量控制及稳定倍频技术研究[D];长春理工大学;2010年

8 孙鹏;激光远场聚焦光束质量退化及相位修正[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

9 孙毅;多波段高功率激光合束技术及热效应研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

10 赵爽;高功率高光束质量全固态板条激光器的研究[D];山东大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 姚文颖;掺杂PCF获取平顶空心光束及光镊测力优化研究[D];燕山大学;2015年

2 张希伦;基于面阵CCD的光纤输出光束特征检测系统设计[D];燕山大学;2016年

3 任宪鲁;光束质量分析软件与系统实现[D];电子科技大学;2010年

4 董潮涌;半导体激光二极管光束质量评价[D];西安电子科技大学;2011年

5 陈尚武;高能激光系统光束质量评价相关问题研究[D];浙江大学;2007年

6 钟正根;高斯变反射率输出镜的激光谐振腔及其光束质量[D];重庆师范大学;2008年

7 熊雪霜;激光束参数和光束质量测量系统[D];吉林大学;2007年

8 杨毅松;频率转换对高功率激光光束质量和聚焦特性的影响[D];四川大学;2005年

9 桂进斌;强激光热作用数值计算及光束参数表述的研究[D];昆明理工大学;2004年

10 赵蕊;变光束质量激光束自适应光纤耦合技术研究[D];长春理工大学;2011年

，

本文编号：624088