專利名稱：寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種信號處理方法，尤其是一種寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，屬于安防系統(tǒng)的技術領域。
背景技術：
光纖傳感技術是20世紀70年代伴隨著光纖通信技術的發(fā)展而迅猛發(fā)展起來的， 以光波作為載體，光纖作為媒質，傳感外界被測信號的新型技術。概括地說，光纖傳感器就是利用光纖將待測量對光纖內傳輸?shù)墓獠▍⒘窟M行調制，并對被調制過的光波信號進行解調檢測，從而獲得待測量值的一種測量裝置。光波不產(chǎn)生電磁干擾，也不怕電磁干擾，易為各種光探測器件接收，可方便地進行光電或電光轉換，易于與高度發(fā)展的現(xiàn)代化電子裝置和計算機相匹配。光纖工作頻帶寬，動態(tài)范圍大，適合于大范圍遠距離組網(wǎng)和遙測遙控，是一種優(yōu)良的低損耗傳輸線；光纖本身電絕緣，體積小，易彎曲，抗電磁干擾，抗輻射，耐壓，耐腐蝕，特別適合于易燃、易爆、空間狹窄及強電磁干擾等惡劣環(huán)境下使用。因此，光纖傳感技術一問世就受到極大重視，幾乎在各個領域得到研究與應用，成為傳感技術的先導，推動傳感技術的蓬勃發(fā)展。光纖的損耗主要包括由于光纖材料和雜質對光能的吸收而引起吸收損耗、光纖內部的散射損耗(主要指瑞利散射)、由于交界面隨機的畸變或粗糙所產(chǎn)生的散射損耗、光纖彎曲產(chǎn)生的輻射損耗等，這些損耗中，最重要的是光纖的吸收損耗。由于光纖損耗的影響， 連續(xù)波信號的變化范圍一般很大，信號弱時可以是幾微伏，信號強時可以幾伏，最強和最弱信號相差很大。全分布式光纖傳感器是利用一根光纖作為延伸的傳感元件，光纖上的任意一段既是傳感單元，又是其它傳感單元的信息傳輸通道，因而可獲得被測量沿此光纖隨時間和空間變化的分布信息。它消除了傳統(tǒng)傳感系統(tǒng)存在的傳感“盲區(qū)”，從根本上突破了傳統(tǒng)的單點測量的限制，是真正意義上的分布式光纖傳感器。全分布式光纖傳感器主要有兩大類一類基于光纖后向散射的光時域反射(OTDR)技術，另一類基于長距離的干涉技術。全分布式光纖傳感器利用一根光纖取代了大量的分立傳感器，大大降低了造價，性價比很高，得到了廣泛的應用。寬域全光纖傳感系統(tǒng)是利用光纖作為傳感介質的一種分布式傳感系統(tǒng)，能對沿光纖線路范圍內的入侵進行遠程和實時的安全監(jiān)測。由于分布式光纖傳感技術能夠實現(xiàn)大范圍測量場中分布信息的提取，因而它可以應用許多測量領域。因此，光纖傳感系統(tǒng)具有廣泛的應用價值，研發(fā)基于光纖傳感的安全監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的經(jīng)濟價值和社會意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其能提高信號檢測、處理的準確度及穩(wěn)定性。
按照本發(fā)明提供的技術方案，一種寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，所述信號處理方法包括如下步驟
a、光發(fā)射模塊產(chǎn)生光信號，所述光信號耦合進入傳感光纖，并在傳感光纖內產(chǎn)生后向散射光；
b、通過光電探測器接收傳感光纖產(chǎn)生的后向散射光，光電探測器將接收的后向散射光信號轉換為相應的連續(xù)波信號，并將所述連續(xù)波信號輸入信號采集模塊；
C、信號采集模塊內的可控增益放大器對連續(xù)波信號去噪放大后輸入信號處理器內； d、信號處理器將連續(xù)波信號的動態(tài)范圍與信號處理器內預設的閾值進行比較，當連續(xù)波信號的動態(tài)范圍與預設閾值范圍相匹配時，信號處理器對連續(xù)波信號的動態(tài)范圍進行縮放，且信號處理器向可控增益放大器輸入增益調節(jié)信號，使得經(jīng)過可控增益放大器輸入信號處理器內連續(xù)波信號的范圍保持穩(wěn)定。所述步驟d中，信號處理器對連續(xù)波信號的比較包括對連續(xù)波信號的幅值或峰值與預設閾值進行比較，以對連續(xù)波信號進行縮放。當信號處理器對連續(xù)波信號進行幅值比較時，信號處理器計算若干連續(xù)波信號的均方根值；當計算得到的均方根值位于設定的閾值范圍內時，信號處理器不放大或衰減連續(xù)波信號；當均方根值小于設定閾值時，信號處理器放大連續(xù)波信號值；當均方根值大于設定閾值時，信號處理器衰減連續(xù)波信號。當信號處理器對連續(xù)波信號進行峰值比較時，當連續(xù)波信號的峰值位于設定閾值范圍內時，信號處理器不放大或衰減連續(xù)波信號；當連續(xù)波信號的峰值小于設定閾值時，信號處理器放大連續(xù)波信號；當監(jiān)測信號的峰值大于設定閾值時，信號處理器衰減連續(xù)波信號。所述信號處理器包括FPGA。所述光發(fā)射模塊包括半導體激光器，所述半導體激光器的光路上設有電控可變光衰減器，所述電控可變光衰減器通過環(huán)形器將光信號耦合進入傳感光纖內。所述信號處理器的輸出端與電控可變光衰減器的控制端相連，信號處理器根據(jù)連續(xù)波信號的動態(tài)與設定閾值比較結果向電控可變光衰減器輸入衰減調節(jié)信號，使得電控可變光衰減器輸出的光強保持穩(wěn)定。所述信號處理器通過USB傳輸接口與上位機相連，所述上位機對信號處理器輸入的監(jiān)控電信號模式識別，以能對監(jiān)控電信號包含的入侵信息顯示預警、對傳感光纖的振動源位置定位預警及數(shù)據(jù)存儲查詢。所述可控增益放大器通過A/D采樣卡與信號處理器的輸入端相連，信號處理器的輸出端通過D/A轉換器與可控增益放大器的控制端相連。所述環(huán)形器為3dB光耦合器。本發(fā)明的優(yōu)點半導體激光器產(chǎn)生光信號經(jīng)電控可變光衰減器進行光強衰減后， 由環(huán)形器耦合進入傳感光纖內，傳感光纖產(chǎn)生的后向散射光經(jīng)環(huán)形器耦合至光電探測器內，可控增益放大器、FPGA芯片、A/D采樣卡及D/A轉換器構成自適應控制電路；FPGA芯片對連續(xù)波信號進行比較判斷后，通過調整可控增益放大器的增益系數(shù)及電控可變光衰減器的衰減，對提高連續(xù)波信號檢測和采集的范圍、穩(wěn)定性的效果顯著，能有效地對連續(xù)波信號強度進行調節(jié)，使連續(xù)波信號能更好地被FPGA接收和采集到；能夠用于監(jiān)控預警安防系統(tǒng)，提高安防系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明使用狀態(tài)的結構框圖。圖2為連續(xù)波信號的波形。圖3為本發(fā)明基于FPGA的自適應高動態(tài)范圍控制框圖。圖4為本發(fā)明信號處理器對連續(xù)波信號自適應比較的流程圖。圖5為本發(fā)明信號處理器對連續(xù)波信號自適應比較的另一種流程圖。附圖標記說明101-半導體激光器、102-電控可變光衰減器、103-環(huán)形器、104-傳感光纖、105-光探測器、106-可控增益放大器、107-A/D采樣卡、108-D/A轉換器、109-FPGA 芯片、110-USB2. 0接口及111-上位機。
具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。寬域全光纖傳感系統(tǒng)能夠用于安防監(jiān)控及擾動檢測，光路傳感振動信號的基本原理是傳感光纖沿線某處產(chǎn)生振動，造成光纖內部折射率的微觀不均勻，使得傳感光纖內傳播的光波相位發(fā)生變化，再由干涉測量技術把相位變化轉為光強變化，從而檢測出外界振動。連續(xù)波信號是在光發(fā)射模塊發(fā)射恒定的小功率連續(xù)光波，以傳感光纖尾端的鏡面反射信號作為載波信號，再由干涉技術接收到的信號。連續(xù)波信號攜帶著外界振動信號特征，頻率較低，一般為幾十赫茲到幾千赫茲，連續(xù)波信號波形如圖2所示；由于連續(xù)波信號的波動范圍比較大，因此為了提高對連續(xù)波信號處理的穩(wěn)定性及可靠性，需要對連續(xù)波信號進行處理。由于連續(xù)波信號的波動范圍比較大，為了使連續(xù)波都能穩(wěn)定地被接收，就需要自適應控制電路來調節(jié)它的接收范圍。自適應控制可以看作是一個能根據(jù)環(huán)境變化智能調節(jié)自身特性的反饋控制系統(tǒng)以使系統(tǒng)能按照一些設定的標準工作在最優(yōu)狀態(tài)。自適應高動態(tài)范圍的信號處理控制電路能夠在輸入信號幅度變化很大的情況下，使輸出信號幅度保持恒定或僅在較小范圍內變化，不至于因為輸入信號太小而無法正常工作，也不至于因為輸入信號太大而使信號處理器發(fā)生飽和或堵塞。如圖1所示為本發(fā)明能夠進行寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)信號處理電路，所述處理電路能夠用于監(jiān)控預警安防系統(tǒng)。所述寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)信號處理裝置主要包括發(fā)射模塊、傳感光路模塊、光接收模塊、信號采集模塊、信號傳輸模塊及信號處理模塊。具體地，半導體激光器101產(chǎn)生泵浦光信號，半導體激光器 101的光路上設置電控可變光衰減器102，電控可變光衰減器102用于對半導體激光器101 產(chǎn)生的光信號進行功率衰減以調節(jié)光強。電控可變光衰減器102通過環(huán)形器103耦合進入傳感光纖104內，環(huán)形器103為3dB光耦合器，傳感光纖104為進行安防或振動監(jiān)測的傳感設備。光信號進入傳感光纖104后通過傳感光纖104尾端產(chǎn)生后向散射光，后向散射光再經(jīng)過環(huán)形器103耦合至光電探測器105進行光電轉換，經(jīng)前級放大后，完成信號的光電探測工作。光電探測器105的輸出端與可控增益放大器106相連，所述可控增益放大器106通過A/D采樣卡107與信號處理器相連，信號處理器的輸出端通過USB傳輸接口 110與上位機111相連，信號處理器通過D/A轉換器108與可控增益放大器106的控制端相連，用于調節(jié)可控增益放大器106的增益系數(shù)，信號處理器的輸出端與電控可變光衰減器102，用于調節(jié)電控可變光衰減器102對半導體激光器101衰減光強。為了提高采樣及處理速度，信號處理器采用FPGA芯片(Field — Programmable Gate Array)109 半導體激光器101、電控可變光衰減器102及環(huán)形器103構成光發(fā)射模塊，傳感光纖104構成傳感光路模塊，環(huán)形器 103及光電探測器105構成光接收模塊，可控增益放大器106、A/D采樣卡107、D/A轉換器 108及FPGA芯片109構成信號采集模塊(也即自適應控制電路)，USB接口 110構成信號傳輸模塊，上位機111構成信號處理模塊，從而形成整個基于寬域全光纖的安防監(jiān)控預警系統(tǒng)。自適應高動態(tài)范圍的信號處理控制電路的作用是當光探測器105輸入的信號電壓變化很大時，保持可控增益放大器106輸出電壓恒定或基本不變。具體地說，當輸入信號很弱時，可控增益放大器106的增益大，自適應控制電路不起作用；當輸入信號很強時，自適應控制電路進行控制，使可控增益放大器106的增益減小。這樣，當接收信號強度變化時，可控增益放大器106的輸出端的電壓或功率基本不變或保持恒定。因此對自適應控制電路的要求是在輸入信號較小時，自適應控制電路不起作用，只有當輸入信號增大到一定程度后，自適應控制電路才起控制作用，使增益隨輸入信號的增大而減少。根據(jù)圖1所示的信號處理電路結構，本發(fā)明寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法包括如下步驟
a、光發(fā)射模塊產(chǎn)生光信號，所述光信號耦合進入傳感光纖104，并在傳感光纖104內產(chǎn)生后向散射光；
b、通過光電探測器105接收傳感光纖104產(chǎn)生的后向散射光，光電探測器105將接收的后向散射光信號轉換為相應的連續(xù)波信號，并將所述連續(xù)波信號輸入信號采集模塊；此處連續(xù)波信號為數(shù)字電平信號；
c、信號采集模塊內的可控增益放大器106對連續(xù)波信號去噪放大后輸入FPGA芯片109
內；
d、FPGA芯片109將連續(xù)波信號的動態(tài)范圍與FPGA芯片109內預設的閾值進行比較， 當連續(xù)波信號的動態(tài)范圍與預設閾值范圍相匹配時，F(xiàn)PGA芯片109對連續(xù)波信號的動態(tài)范圍進行縮放，且FPGA芯片109向可控增益放大器輸入增益調節(jié)信號，使得經(jīng)過可控增益放大器106輸入FPGA芯片109內連續(xù)波信號的范圍保持穩(wěn)定，以使得FPGA芯片109器向上位機輸入連續(xù)波信號的范圍保持穩(wěn)定。為實現(xiàn)上述處理步驟，必須有一個能隨外來信號強弱而變化的控制電壓或電流信號，利用這個信號對可控增益放大器106的增益自動進行控制。自適應高動態(tài)范圍的信號處理控制環(huán)路由可控增益放大器106、A/D采樣卡107、FPGA芯片109和D/A轉換器108構成。要通過FPGA芯片109控制來實現(xiàn)自適應高動態(tài)范圍，必須先檢測連續(xù)波信號幅度或功率的估計值。所述步驟d中，F(xiàn)PGA芯片109對連續(xù)波信號的比較包括對連續(xù)波信號的幅值或峰值與預設閾值進行比較，以對連續(xù)波信號進行縮放；FPGA芯片109具體的比較判斷方法流程如圖4和圖5所示。如圖4所示當FPGA芯片109對連續(xù)波信號進行幅值比較時，F(xiàn)PGA芯片109計算若干連續(xù)波信號的均方根值；當計算得到的均方根值位于設定的閾值范圍內時，F(xiàn)PGA芯片 109不放大或衰減連續(xù)波信號；當均方根值小于設定閾值下限時，F(xiàn)PGA芯片109放大連續(xù)波信號值；當均方根值大于設定閾值上限值時，F(xiàn)PGA芯片109衰減連續(xù)波信號。當FPGA芯片 109對連續(xù)波信號進行放大或衰減后，F(xiàn)PGA芯片109向可控增益放大器106的控制端反饋增益調節(jié)信號，通過增益調節(jié)信號能夠使得可控增益放大器106的增益系數(shù)保持穩(wěn)定，提高可控增益放大器106向FPGA芯片109輸入連續(xù)波信號的穩(wěn)定性。如圖5所示當FPGA芯片109對連續(xù)波信號進行峰值比較時，F(xiàn)PGA芯片10采集若干個連續(xù)波信號的峰值，并取出所述峰值中的最大值作為比較判斷的依據(jù)；當連續(xù)波信號的峰值位于設定閾值范圍內時，F(xiàn)PGA芯片109不放大或衰減連續(xù)波信號；當連續(xù)波信號的峰值小于設定閾值時，F(xiàn)PGA芯片109放大連續(xù)波信號；當監(jiān)測信號的峰值大于設定閾值時， FPGA芯片109衰減連續(xù)波信號。當FPGA芯片109對連續(xù)波信號進行放大或衰減后，F(xiàn)PGA 芯片109向可控增益放大器106的控制端反饋增益調節(jié)信號，通過增益調節(jié)信號能夠使得可控增益放大器106的增益系數(shù)保持穩(wěn)定，提高可控增益放大器106向FPGA芯片109輸入連續(xù)波信號的穩(wěn)定性。由于本發(fā)明中反饋部分FPGA芯片109通過D/A轉換器108反饋到可控增益放大器106的控制端，整個過程由數(shù)字方法實現(xiàn)，使得復雜的控制要求能夠較容易的實現(xiàn)，所以具有快速收斂和精確的穩(wěn)態(tài)響應等優(yōu)點。FPGA芯片109內判斷預設閾值可以根據(jù)電壓范圍進行設置，F(xiàn)PGA芯片109持續(xù)不斷地判斷可控增益放大器106輸入的連續(xù)波信號的范圍， FPGA芯片109選擇采用均方根值比較或峰值比較判斷方法，以對可控增益放大器106的增益系數(shù)進行調節(jié)，以使得后續(xù)進入FPGA芯片109內的連續(xù)波信號保持穩(wěn)定。電控可變光衰減器102 (EVOA)是最基本的無源器件之一，對于光信號系統(tǒng)中的功率均衡具有重要意義。在本發(fā)明中，電控可變光衰減器102可用來調節(jié)光強。衰減的自動設置過程是由A/D采樣卡107將可控增益放大器106輸出的電壓轉換成數(shù)字信號，而后 FPGA芯片109按照設定閾值范圍對應連續(xù)波信號進行衰減，與FPGA芯片109中已設定的目標值相比較，根據(jù)比較的結果來向電控可變光衰減器102輸出控制信號，完成電控可變光衰減器102的自動衰減調節(jié)。FPGA芯片109內設定的目標值與可控增益放大器106輸入的電壓相關，根據(jù)輸入電壓的比較結果來確定電控可變光衰減器102的衰減幅度。如圖3所示為本發(fā)明自適應高動態(tài)范圍的信號處理控制電路原理。前端信號連接可控增益放大器106，信號的輸出端連接到A/D采樣卡107的輸入口，將模擬量變?yōu)閿?shù)字量，將數(shù)字量存入FPGA芯片109中的存儲器中，實現(xiàn)每一段時間對采樣點進行計算，判定信號的幅度范圍，從而確定增益的放大系數(shù)。FPGA芯片109計算出增益的放大系數(shù)后，將控制信號通過D/A轉換器108轉換為模擬量，接入可控增益放大器106的控制端，實現(xiàn)連續(xù)波的自適應控制。模擬電信號經(jīng)過可控增益放大器106的控制后，再送至A/D采樣卡107的輸入端，成為其有效輸入。具體實施例
以傳感光纖104用于安防系統(tǒng)為例，自適應控制環(huán)路中，D/A轉換器108使用 TLV5618D/A轉換器，可控增益放大器106使用AD623增益可變放大器，A/D采樣卡107使用 AD9203A/D采樣芯片。光路系統(tǒng)中所述半導體激光器101、電控可變光衰減器102、環(huán)行器 103、傳感光纖104、光電探測器105均為市銷產(chǎn)品。
由半導體激光器101發(fā)出激光，經(jīng)電控可變光衰減器102進行功率可變衰減實現(xiàn)光強的調節(jié)。而后傳輸?shù)江h(huán)行器(耦合器)103耦合進傳感光纖104，從傳感光纖104尾端回來的反射波為傳感信號的載波，被送入光電探測器105進行光電轉換和前級放大，得到相應的電信號，在輸入至可控增益放大器106。FPGA芯片109通過D/A轉換器108控制可控增益放大器106來實現(xiàn)對連續(xù)波的幅度范圍控制，使連續(xù)波被FPGA芯片109更好地接收。 FPGA芯片109是采集系統(tǒng)的主控制器，得到了上位機111的指令，F(xiàn)PGA芯片109便根據(jù)這些指令使采集系統(tǒng)處于正確的工作狀態(tài)，控制信號的采集、緩存，并將信息和數(shù)據(jù)反饋給上位機；USB接口 110是一個傳輸接口，上位機111傳達給FPGA芯片109的命令以及FPGA芯片109傳送給上位機111的數(shù)據(jù)，都是通過USB接口 110來完成的；上位機111程序控制了采集系統(tǒng)的工作參數(shù)和工作狀態(tài)并最后接收采集數(shù)據(jù)；USB接口 110可以為USB2. 0或其他接口。上位機111采集到的數(shù)據(jù)信息服務于監(jiān)控軟件系統(tǒng)，監(jiān)控軟件系統(tǒng)進行脈沖數(shù)據(jù)定位處理，連續(xù)波數(shù)據(jù)模式識別，入侵信息顯示預警功能，數(shù)據(jù)庫存儲查詢功能，網(wǎng)絡通信傳輸功能及用戶管理功能。該系統(tǒng)不僅可以對振動源位置精確定位預警，還可以對多個同時存在的振動點進行定位預警，同時預警信息存儲于數(shù)據(jù)庫供日后查詢，并下達給與之相連的客戶機。將自適應高動態(tài)范圍控制電路配上相應的光路系統(tǒng)而構成的寬域全光纖擾動傳感與定位系統(tǒng)，對提高微弱光反射信號檢測和采集的范圍和穩(wěn)定性的效果顯著，通過調節(jié)相應電位器或數(shù)字增益控制信號，能有效地對連續(xù)波信號強度進行調節(jié)，使連續(xù)波信號能更好地被接收和采集到。如圖廣圖5所示為了能夠對連續(xù)波信號進行處理，半導體激光器101信號發(fā)射端輸出到電控可變光衰減器102，電控可變光衰減器102進行光強調節(jié)后，再連接至環(huán)行器 103的光耦合端。在所需保護的重要周界地下敷設的一根傳感光纖104串聯(lián)在環(huán)行器103 的信號分路端上，從傳感光纖104構成傳感系統(tǒng)尾端回來的反射波為傳感信號的載波，所述載波經(jīng)環(huán)行器103的另一信號分路端連接至光電探測器105信號輸入口，被送入光電探測器105進行光電轉換和前級放大，得到相應的電信號，信號經(jīng)可控增益放大器106后輸出到FPGA芯片109進行緩存和傳輸。FPGA芯片109通過對連續(xù)波信號的功率或峰值進行比較分析，然后FPGA芯片109通過D/A轉換器108輸出增益調節(jié)信號，D/A轉換器108的輸出信號調節(jié)可控增益放大器106對連續(xù)波的增益系數(shù)?？煽卦鲆娣糯笃?06由FPGA109通過D/A轉換器108控制，以調節(jié)可控增益放大器106對傳感光纖104反射的連續(xù)波的放大級數(shù)。FPGA芯片109對連續(xù)波信號進行估計比較后，控制可控增益放大器106的增益系數(shù)， 提高可控增益放大器106進行增益調節(jié)后輸出連續(xù)波信號的穩(wěn)定性，提高FPGA芯片109接收信號的穩(wěn)定性及可靠性。FPGA芯片109通過USB接口 110將處理后的連續(xù)波信號輸入上位機111內，通過上位機111對連續(xù)波信號進行模式識別后，進行存儲及報警等相關操作， 達到了寬域全光纖監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控預警目的。本發(fā)明半導體激光器101產(chǎn)生光信號經(jīng)電控可變光衰減器102進行光強衰減后， 由環(huán)形器103耦合進入傳感光纖104內，傳感光纖104產(chǎn)生的后向散射光經(jīng)環(huán)形器103耦合至光電探測器105內，可控增益放大器106、FPGA芯片109、A/D采樣卡107及D/A轉換器 108構成自適應控制電路；FPGA芯片109對連續(xù)波信號進行比較判斷后，通過調整可控增益放大器106的增益系數(shù)及電控可變光衰減器102的衰減，對提高連續(xù)波信號檢測和采集的范圍、穩(wěn)定性的效果顯著，能有效地對連續(xù)波信號強度進行調節(jié)，使連續(xù)波信號能更好地被 FPGA接收和采集到；能夠用于監(jiān)控預警安防系統(tǒng)，提高安防系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性。
權利要求
1.一種寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其特征是，所述信號處理方法包括如下步驟(a)、光發(fā)射模塊產(chǎn)生光信號，所述光信號耦合進入傳感光纖(104)，并在傳感光纖 (104)內產(chǎn)生后向散射光；(b)、通過光電探測器(105)接收傳感光纖(104)產(chǎn)生的后向散射光，光電探測器(105) 將接收的后向散射光信號轉換為相應的連續(xù)波信號，并將所述連續(xù)波信號輸入信號采集模塊；(C)、信號采集模塊內的可控增益放大器(106)對連續(xù)波信號去噪放大后輸入信號處理器內；(d)、信號處理器將連續(xù)波信號的動態(tài)范圍與信號處理器內預設的閾值進行比較，當連續(xù)波信號的動態(tài)范圍與預設閾值范圍相匹配時，信號處理器對連續(xù)波信號的動態(tài)范圍進行縮放，且信號處理器向可控增益放大器(106)輸入增益調節(jié)信號，使得經(jīng)過可控增益放大器 (106)輸入信號處理器內連續(xù)波信號的范圍保持穩(wěn)定。
2.根據(jù)權利要求1所述的寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其特征是所述步驟(d)中，信號處理器對連續(xù)波信號的比較包括對連續(xù)波信號的幅值或峰值與預設閾值進行比較，以對連續(xù)波信號進行縮放。
3.根據(jù)權利要求2所述的寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其特征是當信號處理器對連續(xù)波信號進行幅值比較時，信號處理器計算若干連續(xù)波信號的均方根值；當計算得到的均方根值位于設定的閾值范圍內時，信號處理器不放大或衰減連續(xù)波信號；當均方根值小于設定閾值時，信號處理器放大連續(xù)波信號值；當均方根值大于設定閾值時，信號處理器衰減連續(xù)波信號。
4.根據(jù)權利要求2所述的寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其特征是當信號處理器對連續(xù)波信號進行峰值比較時，當連續(xù)波信號的峰值位于設定閾值范圍內時，信號處理器不放大或衰減連續(xù)波信號；當連續(xù)波信號的峰值小于設定閾值時，信號處理器放大連續(xù)波信號；當監(jiān)測信號的峰值大于設定閾值時，信號處理器衰減連續(xù)波信號。
5.根據(jù)權利要求廣4之一所述的寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其特征是所述信號處理器包括FPGA。
6.根據(jù)權利要求1所述的寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其特征是所述光發(fā)射模塊包括半導體激光器(101)，所述半導體激光器(101)的光路上設有電控可變光衰減器(102 )，所述電控可變光衰減器(102 )通過環(huán)形器(103 )將光信號耦合進入傳感光纖(104)內。
7.根據(jù)權利要求6所述的寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其特征是所述信號處理器的輸出端與電控可變光衰減器(102)的控制端相連，信號處理器根據(jù)連續(xù)波信號的動態(tài)與設定閾值比較結果向電控可變光衰減器(102 )輸入衰減調節(jié)信號，使得電控可變光衰減器(102)輸出的光強保持穩(wěn)定。
8.根據(jù)權利要求1所述的寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其特征是所述信號處理器通過USB傳輸接口( 110)與上位機(111)相連，所述上位機 (111)對信號處理器輸入的監(jiān)控電信號模式識別，以能對監(jiān)控電信號包含的入侵信息顯示預警、對傳感光纖(104)的振動源位置定位預警及數(shù)據(jù)存儲查詢。
9.根據(jù)權利要求1所述的寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其特征是所述可控增益放大器(106)通過A/D采樣卡(107 )與信號處理器的輸入端相連，信號處理器的輸出端通過D/A轉換器(108)與可控增益放大器(106)的控制端相連。
10.根據(jù)權利要求6所述的寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其特征是所述環(huán)形器(103)為3dB光耦合器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬域全光纖傳感系統(tǒng)連續(xù)波自適應大動態(tài)范圍信號處理方法，其包括如下步驟a、光發(fā)射模塊產(chǎn)生光信號，并在傳感光纖內產(chǎn)生后向散射光；b、光電探測器將接收的后向散射光信號轉換為相應的連續(xù)波信號；c、信號采集模塊內的可控增益放大器對連續(xù)波信號去噪放大后輸入信號處理器內；d、信號處理器將連續(xù)波信號的動態(tài)范圍與信號處理器內預設的閾值進行比較，當連續(xù)波信號的動態(tài)范圍與預設閾值范圍相匹配時，信號處理器對連續(xù)波信號的動態(tài)范圍進行縮放，且信號處理器向可控增益放大器輸入增益調節(jié)信號，使得經(jīng)過可控增益放大器輸入信號處理器內連續(xù)波信號的范圍保持穩(wěn)定。本發(fā)明能提高信號檢測、處理的準確度及穩(wěn)定性。
文檔編號G08B13/00GK102393987SQ20111028645
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權日2011年9月23日
發(fā)明者萬遂人, 馮宏偉, 盧瑾輝, 孫小菡, 殷強, 薛冬青, 趙興群 申請人:東南大學, 無錫科晟光子科技有限公司