高適應性光纖振動傳感系統(tǒng)參數(shù)綜合控制方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明是高適應性光纖振動傳感系統(tǒng)參數(shù)綜合控制方法及裝置，設及光纖傳感領 域W及信號處理領域。
【背景技術】
[0002] 隨著光纖和光電子器件技術研究的不斷深入，光纖傳感技術得到了突飛猛進的發(fā) 展。由于光纖傳感器的體積小、質(zhì)量輕、精度高、響應快、動態(tài)范圍寬、響應快等優(yōu)點，并且它 具有良好的抗電磁干擾、耐腐蝕性和不導電性，所W在很多領域都應用廣泛。其可W探測的 物理量有電壓、電流、加速度、流速、壓力、溫度、位移等。用于測量振動信號的光纖振動傳感 器就是其中一員，目前已被應用于周界安防、管道防護及線纜安全監(jiān)測等領域。
[0003] 光纖振動傳感系統(tǒng)對光纖中的背向散射光信號的參數(shù)進行分析，提取和分離出其 所載的振動事件所含信號序列的強度、頻率及空間信息及特征，準確識別出振動事件。然 而，在不易識別的小振動信號存在的情況下，振動信號易受光纖中的背景噪聲干擾，使測量 結果的準確性降低；同時，在大背景噪聲，即大風、大雨等情況下，系統(tǒng)接收到的背向散射光 信號強度會大幅增加，極易超出系統(tǒng)中增益放大器的動態(tài)范圍，同樣影響測量結果的準確 性。為此，需要提高小振動信號時系統(tǒng)的靈敏度和信噪比，同時提高大背景噪聲下的系統(tǒng)的 動態(tài)測量范圍。
[0004] 在現(xiàn)有的技術中，提高系統(tǒng)的靈敏度和信噪比的方法有設計寬帶高靈敏度光接收 機，但其提高能力有限，且不具有自適應性；還有使用平均周期圖法，即進行傅里葉變換，對 信號在頻域上表現(xiàn)的特征進行分析處理，該種方法的算法較為復雜，且適用于被測信號W 一定頻率持續(xù)存在的環(huán)境。提高系統(tǒng)的動態(tài)測量范圍的方法有將連續(xù)波信號的幅值或峰值 與預設闊值進行比較，根據(jù)比較的結果對可控增益放大器進行調(diào)節(jié)，使得信號的范圍保持 穩(wěn)定，但該種方法只對可控增益放大器單一調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種高適應性光纖振動傳感系統(tǒng)參數(shù)綜合控制方法及裝置，實現(xiàn)了小 背景信號下的高靈敏度和高信噪比，W及大動態(tài)測量范圍，同時兼顧系統(tǒng)的能耗分析，最大 限度地降低了系統(tǒng)能耗。
[0006] 本發(fā)明采用如下技術方案：
[0007] 一種高適應性光纖振動傳感系統(tǒng)參數(shù)綜合控制方法，光源模塊產(chǎn)生光信號，并輸 出至光纖光路，所述光信號的功率Pm為：
[000引 P0t = A (I。-1化)，（n-1) T《t < nT
[0009] 其中t為時刻，T為過電壓闊值率檢測的周期，T = 10us，n為周期序數(shù)，n = 1，2， 3,...，且滿足n= ^ +1，□表示向下取整函數(shù)，I。為所述的光源模塊在第n個周期內(nèi)的 驅動電流，第一個周期的所述的光源模塊的驅動電流Ii為系統(tǒng)初始值，11= 100mA，I th為所 述的光源模塊的闊值電流，Ith= 70mA，且I"〉Ith，A為所述的光源模塊的電流轉換效率，A = 7W/A。
[0010] 所述的光纖光路產(chǎn)生光信號Pit，并輸出至光接收機，其中Pit為：
[0011] Pit=P〇t+Pit+P2t
[0012] 其中Pit為所述的光纖光路受到背景信號影響產(chǎn)生的光信號，P 2t為所述的光纖光 路受到擾動信號影響產(chǎn)生的光信號，所述的光接收機對光信號Pit作光電轉換，產(chǎn)生輸入電 壓巧f.并輸出至增益可控放大器，其中為；
[001 引
【主權項】
1. 一種高適應性光纖振動傳感系統(tǒng)參數(shù)綜合控制方法，其特征在于，光源模塊（1)產(chǎn) 生光信號，并輸出至光纖光路（2)，所述光信號的功率P&為： Pot=A(In-Ith)，（n-l)T彡t<nT 其中t為時刻，T為過電壓閾值率檢測的周期，T= 10us，n為周期序數(shù)，n= 1，2，3，...， 且滿足
□表示向下取整函數(shù)，In為所述的光源模塊（1)在第n個周期內(nèi)的驅 動電流，第一個周期的所述的光源模塊（1)的驅動電流1為系統(tǒng)初始值，Il〇〇mA，I&為 所述的光源模塊（1)的閾值電流，Ith= 70mA，且In>Ith，A為所述的光源模塊（1)的電流轉 換效率，A= 7W/A， 所述的光纖光路（2)產(chǎn)生光信號PIt，并輸出至光接收機（3)，其中PIt為： Plt= P〇t+Pit+P2t 其中Plt為所述的光纖光路（2)受到背景信號影響產(chǎn)生的光信號，P2t為所述的光纖光 路（2)受到擾動信號影響產(chǎn)生的光信號，所述的光接收機（3)對光信號PIt作光電轉換，產(chǎn) 生輸入電壓，并輸出至增益可控放大器（4)，其中為：
其中R為所述的光接收機（3)中的光檢測器的響應度，G為所述的光接收機（3)中的 前置放大器的跨阻增益，其中R約為0. 85A/W，G= 499Q，所述的增益可控放大器（4)產(chǎn)生 輸出電壓t/孟，并輸出至目標事件濾除模塊（5)，其中[/I為：
其中Gn為在第n個周期內(nèi)的所述的增益可控放大器（4)的電壓增益，第一個周期的所 述的增益可控放大器（4)的電壓增益Gi為系統(tǒng)初始值，G 2,Gn滿足：
其中a和b為所述的增益可控放大器（4)的增益控制參數(shù)，a= 2. 5V'b= 0. 22,Vn_i為在第n個周期所述的增益可控放大器（4)接收到的增益控制模擬電壓信號， 所述的目標事件濾除模塊（5)使用低通濾波器，將目標擾動事件產(chǎn)生的高頻電壓信號 濾除，輸出只包含背景信號的模擬電壓信號UBt至模數(shù)轉換模塊（6)，其中UBt滿足：
所述的模數(shù)轉換模塊（6)對模擬電壓信號UBt進行模數(shù)轉換，并產(chǎn)生數(shù)字電壓信號， 輸出至綜合參數(shù)控制模塊（7)，其中tC滿足：
其中a為所述的模數(shù)轉換模塊（6)的轉換系數(shù)，a= 409. 6/V，t為所述的模數(shù)轉換 模塊（6)的電壓采樣周期，t=50ns，m為周期T內(nèi)的電壓采樣序數(shù)，且m=l，2,3，...， M，M為周期T內(nèi)的采樣次數(shù)，M= 200,且M滿足
，□為向下取整函數(shù)， 所述的綜合參數(shù)控制模塊（7)接收數(shù)字電壓信號[C，計算第n周期的過低電壓閾值率LCLsn和過高電壓閾值率LCHsn，LCLs，LCHs"分別為：
其中低電壓閾值，UHTH是高電壓閾值，n為邏輯與，W為邏輯判斷函數(shù)，判斷的方 法為：當大括號內(nèi)的判斷為真時，W為1，判斷為假時，W為0， 所述的綜合參數(shù)控制模塊（7)利用當前存儲的過低電壓閾值率閾值LCL、過高電壓閾 值率閾值LCH、最小驅動電流控制數(shù)字電壓、最大增益控制數(shù)字電壓以及第n-1周 期的增益控制數(shù)字電壓信號以二和驅動電流控制數(shù)字電壓信號C/，計算出第n周期的 增益控制數(shù)字電壓信號1C和驅動電流控制數(shù)字電壓信號，將第n-1周期的增益控制數(shù) 字電壓信號和驅動電流控制數(shù)字電壓信號U 更新為第n周期的增益控制數(shù)字電壓 信號和驅動電流控制數(shù)字電壓信號，并將t/,f輸出至電路參數(shù)調(diào)節(jié)模塊（8)，將[/,丨輸 出至光源參數(shù)調(diào)節(jié)模塊（9)，所述的電路參數(shù)調(diào)節(jié)模塊（8)將增益控制數(shù)字電壓信號轉 化為增益控制模擬電壓信號Vn并輸出至所述的增益可控放大器（4)，作為下一周期中所述 的增益可控放大器（4)的增益控制模擬電壓的輸入信號，所述的光源參數(shù)調(diào)節(jié)模塊（9)根 據(jù)驅動電流控制數(shù)字電壓信號產(chǎn)生驅動電流In，作為下一周期中光源模塊（1)的驅動電 流，輸出至所述的光源模塊（1); 所述第n周期的增益控制數(shù)字電壓信號C/,f和驅動電流控制數(shù)字電壓信號的計算 方法為： 首先將第n周期的背景信號劃分為大背景信號、小背景信號及適中背景信號三種情 況，再對所述三種情況分別進行如下處理： 1)若LCHsn>LCH，則將第n周期的背景信號鑒別為大背景信號： 若第n-1周期驅動電流控制數(shù)字電壓信號大于存儲于所述綜合參數(shù)控制模塊（7) 中的最小驅動電流控制數(shù)字電壓，且= 1，則第n周期的增益控制數(shù)字電壓信號 和驅動電流控制數(shù)字電壓信號V,丨分別為：
其中I為線性調(diào)節(jié)驅動電流控制數(shù)字電壓信號l/丨的系數(shù)，KI= 0. 04V， 若第n-1周期驅動電流控制數(shù)字電壓信號CL小于或等于存儲于所述綜合參數(shù)控制模 塊（7)中的最小驅動電流控制數(shù)字電壓[/in，且￡^=1.81^，則第n周期的增益控制數(shù)字電 壓信號和驅動電流控制數(shù)字電壓信號分別為：
其中心為線性調(diào)節(jié)增益控制數(shù)字電壓信號[/,f的系數(shù)，心=0. 05V; 2) 若LCHsn<LCH且LCLsn<LCL，則將第n周期的背景信號鑒別為小背景信號： 若第n-1周期的增益控制數(shù)字電壓信號小于存儲于所述綜合參數(shù)控制模塊（7) 中的最大增益控制數(shù)字電壓=2F，則第n周期的增益控制數(shù)字電壓信號C/f和驅 動電流控制數(shù)字電壓信號分別為：
若第n-1周期的增益控制數(shù)字電壓信號"L大于或等于存儲于所述綜合參數(shù)控制模 塊（7)中的最大增益控制數(shù)字電壓t/fu，=2/則第n周期的增益控制數(shù)字電壓信號 和驅動電流控制數(shù)字電壓信號R丨分別為：
3) 若LCHsn<LCH且LCLsLCL，則將第n周期的背景信號鑒別為適中背景信號，則 第n周期的增益控制數(shù)字電壓信號Lf和驅動電流控制數(shù)字電壓信號l/:分別為：
2. -種高適應性光纖振動傳感系統(tǒng)參數(shù)綜合控制裝置，其特征在于，包括：一個光源 模塊（1)和一個綜合參數(shù)控制模塊（7)， 所述的光源模塊（1)的輸出接口連接有光纖光路（2)，且與所述的光纖光路（2)的輸 入接口相連接，所述的光纖光路（2)的輸出接口連接有光接收機（3)，且與所述的光接收機 (3)的輸入接口相連接，所述的光接收機（3)的輸出接口連