本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領域，特別涉及一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

分布式光纖溫度傳感器是一種實時連續(xù)測量沿光纖方向溫度場分布的技術(shù)，該技術(shù)大多采用光纖中的拉曼背向散射光強對溫度的敏感來實現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。但是由于拉曼散射光非常微弱，目前，普遍采用累加平均的方法來提供高信噪比，理論上可以認為，只要進行足夠多的平均次數(shù)，總能夠使噪聲水平控制在可接受的范圍內(nèi)。但是在實際應用中，由于溫度測量的實時性對于分布式光纖傳感來說也是一個重要的參數(shù)，在平均次數(shù)過多的情況下，溫度測量的實時性也會變差。因此，在實際應用中，一般通過信號累加平均和信號濾波相結(jié)合的方式來提高整個系統(tǒng)的信噪比。

一般對于數(shù)字信號來說，經(jīng)典的濾波方法包括：傅立葉變換濾波、短時傅立葉變換濾波、小波變換濾波和平滑濾波等。對于分布式傳感，目前廣泛使用的只有頻域中的小波變換濾波而不采用空域中的平滑濾波。因為空域中的平滑濾波雖然能夠有效的去除噪聲的影響，但是具有降低分布式溫度數(shù)據(jù)中包含的空間分辨率、增加部分溫度數(shù)據(jù)的測量誤差這些較為嚴重的缺陷。

但是，長期的實踐表明，雖然數(shù)字信號在頻域中的小波變換濾波方法能有效的改善系統(tǒng)的信噪比，但是該方法也存在一些明顯的缺陷：一是，該方法需要針對不同性能的傳感器進行單獨的調(diào)試，實現(xiàn)及運算過程相對復雜。二是，該方法難以在嵌入式系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)處理的相關硬件中實現(xiàn)，其應用受到了極大的限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法，以保證在不降低系統(tǒng)定位精確度和測溫精確度的條件下簡單的實現(xiàn)平滑濾波。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：提供一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法，包括：

在利用濾波器模板對分布式溫度傳感器測量的連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進行濾波處理之前，對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進行邊緣檢測；

在邊緣檢測結(jié)果為溫度突變處時，濾波器模板在進行平滑濾波時跳過此邊緣。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果：本發(fā)明通過在對分布式光纖溫度傳感器測量的數(shù)據(jù)進行平滑濾波處理之前，先對溫度數(shù)據(jù)中的邊緣進行檢測，然后在平滑濾波時跳過每個邊緣。這就避免了對邊緣位置使用平滑時，使得邊緣位置變得平緩，從而降低了系統(tǒng)的空間定位精準度和測溫的精準度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例提供的一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施例中利用濾波器模板進行空間濾波的示意圖；

圖3是本發(fā)明一實施例中的濾波器模板示意圖；

圖4是本發(fā)明一實施例中利用現(xiàn)有平滑濾波方法對溫度測量數(shù)據(jù)進行濾波的實際效果圖；

圖5是本發(fā)明一實施例中利用改進后的平滑濾波方法對溫度測量數(shù)據(jù)進行濾波的實際效果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合圖1至圖5所示，對本發(fā)明做進一步詳細敘述。

如圖1所示，本實施例公開了一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法，該方法包括如下步驟S1至S2：

S1、在利用濾波器模板對分布式溫度傳感器測量的連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進行濾波處理之前，對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進行邊緣檢測；

S2、在邊緣檢測結(jié)果為溫度突變處時，濾波器模板在進行平滑濾波時跳過此邊緣。

進一步地，在步驟S1中，對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進行邊緣檢測，具體包括如下步驟：

對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)中的相鄰不同溫度點進行做差處理；

當存在至少兩個連續(xù)相鄰不同溫度點之間的差值的絕對值均大于預設閾值時，則判斷該至少兩個連續(xù)相鄰不同溫度點之間為溫度突變處。

其中，在實際應用中，濾波器模板是采用自由游走的方式，也就是說模板的游走方式是不受限制的。如果分布式光纖溫度傳感器連續(xù)測量的兩個不同溫度區(qū)域時，必然會在溫度分布圖中有一個溫度上升沿或者溫度下降沿，溫度上升沿或者溫度下降沿稱為溫度突變處。而本實施例中在采用濾波器模板進行平滑濾波時，跳過這個溫度上升沿或者下降沿，因此，能夠保留溫度信號的上升沿和下降沿的大小不變，提高了平滑濾波后的溫度數(shù)據(jù)的真實性。

進一步地，本實施例中的邊緣檢測方法包括但不限于作差法。比如本實施例中進行邊緣檢測的方法還可以為對兩個連續(xù)相鄰不同溫度點間的曲線做微分求導，然后根據(jù)邊緣斜率的大小判斷此處是否為溫度突變處。其中，當斜率趨于零時，該兩個連續(xù)相鄰不同溫度點之間不存在上升沿或者下降沿。在斜率大于零或者小于零時，該兩個連續(xù)相鄰不同溫度點之間存在上升沿或者下降沿。因此，本實施例只要保護的是在平滑濾之前對溫度數(shù)據(jù)中的邊緣進行檢測的思想，本領域技術(shù)人員可以根據(jù)實際情況采用不同的邊緣檢測方法。

進一步地，在步驟S2之前，還包括：

判斷邊緣檢測結(jié)果是否為溫度突變處，如果是，則執(zhí)行步驟S2；

如果否，則利用濾波器模板對此邊緣進行平滑濾波。

需要說明的是，在實際應用中，溫度數(shù)據(jù)中的噪聲信號本身就是無規(guī)律變化的，噪聲信號之間也可能存在信號突變。因此，需要對邊緣檢測結(jié)果進行判斷識別，以區(qū)分當前檢測到的信號突變是溫度信號突變還是噪聲信號突變。

進一步地，判斷邊緣檢測的結(jié)果是否為溫度突變處，具體包括：

將邊緣檢測結(jié)果與預設的精度閾值進行比較；

在邊緣檢測結(jié)果大于精度閾值時，則此邊緣為溫度突變處；

在邊緣檢測結(jié)果小于或等于精度閾值時，則此邊緣為噪聲突變處。

其中，本實施例中預設的精度閾值是一個用來與邊緣檢測結(jié)果進行比較的值，本實施例中預設的精度閾值的具體指為0.8。

進一步地，上述的步驟S2中，還包括，在兩個連續(xù)相鄰溫度點之間不存在上升沿或者下降沿時，采用濾波器模板對連續(xù)的溫度數(shù)據(jù)進行平滑濾波處理。

具體器，在分布式溫度數(shù)據(jù)中模板就像一個小標尺，標尺的刻度可以有3個、5個或者更大，刻度的間距對應分布式溫度數(shù)據(jù)中的兩點間距，平滑的過程是將分布式溫度數(shù)據(jù)中的某個值用其相鄰的值進行改變，具體步驟為：

(1)將模板在分布式溫度數(shù)據(jù)中漫游，并將尺子的中心與分布式溫度中的某個數(shù)據(jù)重合；

(2)將模板中的各個系數(shù)與對應的數(shù)據(jù)值相乘，系數(shù)均在[0，1]范圍內(nèi)且系數(shù)的和為1；

(3)將所有的乘積累加；

(4)將上述的累加結(jié)果賦值給模板中心位置的數(shù)據(jù)。

如圖2所示，圖a是分布式光纖溫度傳感器測量的一部分連續(xù)數(shù)據(jù)，將圖b是一個刻度為5的模板，模板系數(shù)在模板內(nèi)標出，如果將k₀所在的位置與分布式溫度數(shù)據(jù)T₅重合，如圖c所示：那么模板中對數(shù)據(jù)處理后輸出的結(jié)果為：

R＝k₀T₅+k₁T₆+k₂T₄+k₃T₃+k₄T₇；

將R取代T₅的數(shù)據(jù)就完成了該溫度數(shù)據(jù)的濾波，同樣對原始溫度數(shù)據(jù)中的每個數(shù)據(jù)都按照這種方式進行處理，就可以實現(xiàn)對所有溫度數(shù)據(jù)的平滑濾波。

進一步地，將采用現(xiàn)行平滑濾波方法對分布式溫度數(shù)據(jù)進行濾波的效果與采用本實施例公開的平滑濾波方法對分布式溫度數(shù)據(jù)進行濾波的效果進行比較如下：

圖4為采用現(xiàn)行平滑濾波方法，利用圖3所示的濾波器模板對一次恒溫箱溫度測量數(shù)據(jù)進行濾波的效果圖，從圖4中可以看出，這種方法對溫度數(shù)據(jù)起到了很好的平滑作用，但是同時使得溫度數(shù)據(jù)的上升沿和下降沿變得平緩，間接的影響了分布式溫度傳感系統(tǒng)的空間分辨率，同時使得上升沿和下降沿附近的溫度測量結(jié)果誤差變大。

圖5為采用本實施例公開的方法對分布式溫度數(shù)據(jù)進行濾波處理后的效果圖，從圖中可以看出，該方法不僅能對溫度數(shù)據(jù)起到很好的平滑作用，還能保留溫度信號在上升沿和下降沿的大小不變，保證了分布式溫度傳感系統(tǒng)的空間分辨率和溫度測量結(jié)果的準確性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。