分布式光纖測溫系統(tǒng)信號處理方法的研究.pdf

1、分布式光纖傳感技術(shù)于20世紀(jì)70年代被提出，經(jīng)過了多年的發(fā)展與研究，這項(xiàng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。尤其是作為其中一個(gè)分支的分布式光纖溫度傳感技術(shù)，是分布式光纖傳感技術(shù)中最有發(fā)展前途的技術(shù)之一。
　　 本文在分析和研究拉曼分布式光纖溫度傳感器測量原理的基礎(chǔ)上，了解了系統(tǒng)各部分工作器件的性能參數(shù)和選擇，闡述了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。分布式光纖溫度傳感器的測溫原理是光纖的后向自發(fā)拉曼散射溫度效應(yīng)和光時(shí)域反射技術(shù)。利用光時(shí)域反射技術(shù)對空間溫

2、度場進(jìn)行空間定位，可以在一根光纖上同時(shí)測量多點(diǎn)的溫度。換言之，就是可以方便的測量空間溫度場的溫度，光纖既作為傳輸介質(zhì)，又作為傳感介質(zhì)。較之傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)，在信號的安全性、穩(wěn)定性方面有無法比擬的優(yōu)勢。因此，分布式光纖溫度傳感器可以廣泛應(yīng)用于以下場合，如:煤礦井下等易燃易爆場合的溫度測量、地下和電力電纜的熱點(diǎn)監(jiān)測和控制、隧道的災(zāi)害防治及其報(bào)警系統(tǒng)、各種大中型變壓器、發(fā)電機(jī)組的溫度分布測量、熱保護(hù)和故障診斷等。
　　 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

3、是現(xiàn)代信息處理的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于通信、遙測遙感。由于數(shù)據(jù)采集常伴有噪聲，因此需要對采集信號進(jìn)行濾波處理以提高精度。隨著社會(huì)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，對處理速度和實(shí)時(shí)性等要求也越來越高。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是對多次采集得到數(shù)據(jù)后進(jìn)行后濾波處理以消除噪聲影響，需要占用大量存儲(chǔ)資源，且系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間較長。這種做法已難以滿足實(shí)際的需求。
　　 在參考比較傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集濾波模型后，本文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的高速數(shù)

4、據(jù)累加平均濾波器對信號進(jìn)行處理。整個(gè)基于FPGA的系統(tǒng)采用了ALTERA公司的CycloneⅡ的EP2C5F256C6芯片來進(jìn)行設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能模塊主要有加法模塊、雙端口RAM模塊以及一些輔助的信號控制、鎖存等模塊。FPGA器件有著高可靠性、資源豐富、運(yùn)行高速、并行計(jì)算等特性。該系統(tǒng)以FPGA作為核心CPU，設(shè)計(jì)完成了對采集數(shù)據(jù)的累加濾波和存儲(chǔ)的流水線工作方式。設(shè)計(jì)中采用Top-dowm的方法，將設(shè)計(jì)分成幾個(gè)模塊。在對濾波系統(tǒng)

5、的各個(gè)模塊設(shè)計(jì)中采用VerilogHDL語言，并在QUARTUSⅡ中實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)和仿真。實(shí)驗(yàn)測試表明，該系統(tǒng)要比傳統(tǒng)的后濾波處理方法占用系統(tǒng)資源少，性能穩(wěn)定，處理速度快。
　　 在本研究課題中，實(shí)現(xiàn)了對顯示被測空間溫度場信號的采集，通過累加平均濾波方法去除噪聲。并與具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析能力的MATLAB軟件相結(jié)合，大大提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力，避免了復(fù)雜的分析軟件編程，有效的利用了計(jì)算機(jī)資源，加快了系統(tǒng)的開發(fā)速度，系統(tǒng)便于維護(hù)和調(diào)試