分布式光纤测温系统信号处理方法的研究

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分布式光纤传感技术于20世纪70年代被提出,经过了多年的发展与研究,这项技术在各个领域得到了广泛应用。尤其是作为其中一个分支的分布式光纤温度传感技术,是分布式光纤传感技术中最有发展前途的技术之一本文在分析和研究拉曼分布式光纤温度传感器测量原理的基础上,了解了系统各部分工作器件的性能参数和选择,阐述了系统的总体构成。分布式光纤温度传感器的测温原理是光纤的后向自发拉曼散射温度效应和光时域反射技术。利用光时域反射技术对空间温度场进行空间定位,可以在一根光纤上同时测量多点的温度。换言之,就是可以方便的测量空间温度场的温度,光纤既作为传输介质,又作为传感介质。较之传统的温度测量系统,在信号的安全性、稳定性方面有无法比拟的优势。因此,分布式光纤温度传感器可以广泛应用于以下场合,如:煤矿井下等易燃易爆场合的温度测量、地下和电力电缆的热点监测和控制、隧道的灾害防治及其报警系统、各种大中型变压器、发电机组的温度分布测量、热保护和故障诊断等。数据采集系统是现代信息处理的重要组成部分,广泛应用于通信、遥测遥感。由于数据采集常伴有噪声,因此需要对采集信号进行滤波处理以提高精度。随着社会的发展,数据采集系统需要处理的数据量越来越大,对处理速度和实时性等要求也越来越高。传统的数据采集系统是对多次采集得到数据后进行后滤波处理以消除噪声影响,需要占用大量存储资源,且系统响应时间较长。这种做法已难以满足实际的需求。在参考比较传统的数据采集滤波模型后,本文设计了一种基于FPGA的高速数据累加平均滤波器对信号进行处理。整个基于FPGA的系统采用了ALTERA公司的Cyclone II的EP2C5F256C6芯片来进行设计,该设计需要实现的功能模块主要有加法模块、双端口RAM模块以及一些辅助的信号控制、锁存等模块。FPGA器件有着高可靠性、资源丰富、运行高速、并行计算等特性。该系统以FPGA作为核心CPU,设计完成了对采集数据的累加滤波和存储的流水线工作方式。设计中采用Top-dowm的方法,将设计分成几个模块。在对滤波系统的各个模块设计中采用Verilog HDL语言,并在QUARTUS Ⅱ中实现软件设计和仿真。实验测试表明,该系统要比传统的后滤波处理方法占用系统资源少,性能稳定,处理速度快。在本研究课题中,实现了对显示被测空间温度场信号的采集,通过累加平均滤波方法去除噪声。并与具有强大数据分析能力的MATLAB软件相结合,大大提高了系统的数据处理能力,避免了复杂的分析软件编程,有效的利用了计算机资源,加快了系统的开发速度,系统便于维护和调试,适应实际分布式温度测量系统和监测环境的要求。
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