一種基于FFT的分布式光纖測溫系統降噪方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于FFT的分布式光纖測溫系統降噪方法，所述方法通過對采集到的信號通過FFT進行濾波，即先進行FFT變換，然后把系統頻帶外的信號濾除，再進行FFT反變換，就可以獲得濾波后比較干凈的信號。該方法采用FFT變換，去除系統帶寬之外的噪聲，有效降低噪聲，提高系統信噪比，從而提高測溫精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及分布式光纖測溫系統的
，尤其涉及一種基于FFT的分布式光 纖測溫系統降噪方法。
技術介紹
分布式光纖測溫系統(以下稱DTS系統)廣泛應用于各種火災監控現場，例如公 路隧道、地鐵隧道、電力電廠的動力電纜隧道、石油化工儲油罐等現場。DTS系統是一種基于 OTDR和拉曼散射原理研制而成的溫度測量系統，其溫度傳感器是光纖(通常制作成光纜)。 DTS系統利用光纖的拉曼效應，即光纖鋪設位置(空間)的溫度場調制了光纖中傳輸的后向 拉曼散射光，經光電轉換及信號處理后就可解調出溫度場的實時溫度信息。DTS系統組成一 般包括大功率脈沖激光光源、光纖波分復用稱合器、傳感光纜、光電探測器、信號放大模塊、 數據采集模塊及系統主機(PC機或工控機)。由于DTS是分布式的，即光纜連續地鋪設在 需要監測的現場，而且距離較長(通常是幾公里)，相比與其他測溫系統，DTS具有明顯的優 勢。目前DTS系統完全滿足公路、隧道等測溫精度要求比較低的的火災監控場所的應 用要求；但是對于像電力電廠的動力電纜載流量監測等對溫度精度要求比較高的應用場 合，目前國內廠家研制的DTS系統尚不能滿足應用要求。因此如何提高DTS系統的測溫精 度，也就是如何降低系統噪聲，成為國內高校院所及廠家大力研究的重點。DTS系統根據拉曼散射來原理來解調溫度信息，由于拉曼散射光十分微弱，因此光 電轉換(一般米用APD作為光電轉換器)后產生的電信號也很微弱,信號幾乎全部淹沒在 噪聲中。這些噪聲中除了 APD產生的暗電流噪聲和光源產生的ASE噪聲外，還有APD及電路 系統產生的白噪聲。APD暗電流噪聲和ASE噪聲可以用電路的交流耦合去除一些，而對白噪 聲的消除傳統的方法是多次采集信號，然后把這些信號累加后再平均，理論分析采用平均 方法可以有效降低噪聲(噪聲互相消除)。但是白噪聲是寬帶噪聲，也就是說其帶寬很寬， 通過累加和平均方法，可以消除一部分，但是白噪聲的影響還是很明顯，系統信噪比還是不 理想，因此系統解調出來的溫度信號其噪聲也比較大，也就是測溫精度不夠高。此外，采用 累加后平均的方法，測量時間隨著累加次數的增加而增加。FFT變換(快速傅里葉變換)是數字信號處理領域一種很重要的算法，一般用來分 析信號的頻譜，在實際應用中，可以用來對信號進行濾波，例如，用來濾除某一個頻段的信號。
技術實現思路
為了解決現有技術中存在的問題，本專利技術提供一種基于FFT的分布式光纖測溫系 統降噪方法，該方法采用FFT變換，去除系統帶寬之外的噪聲，有效降低噪聲，提高系統信 噪比，從而提高測溫精度。為了達到上述目的，本專利技術采用一種基于FFT的分布式光纖測溫系統降噪方法，所述一種基于FFT的分布式光纖測溫系統包括窄脈沖激光光源、光纖波分復用耦合器、傳 感光纜、APD(光電探測器)、小信號放大模塊、數據采集模塊及系統主機(PC機或工控機)。根據理論分析，DTS系統的噪聲主要包含了 APD暗電流噪聲、光源ASE噪聲和系統 電路產生的白噪聲。APD暗電流噪聲、光源ASE噪聲是接近于直流的低頻噪聲，可采用交流 耦合電路有效地降低；而白噪聲是帶寬很寬的噪聲，實驗表明DTS系統信號的高頻分量(主 要是白噪聲)有比較高的能量存在；另一方面，DTS系統有效的溫度信號其帶寬也比較寬， 從低頻到高頻部分一直都有信號分布，實驗表明，溫度信號的能量主要集中在幾十Hz到幾 十MHz范圍內。因此，對采集到的信號通過FFT進行濾波，即先進行FFT變換，然后把系統 頻帶外的信號濾除，再進行FFT反變換，就可以獲得濾波后比較干凈的信號，從而提高系統 信噪比。一種基于FFT的分布式光纖測溫系統降噪方法，包括如下步驟步驟一，當同步信號產生時系統采集一段有效數據，即獲得光纜上每個位置(如 每一米)的數據(如溫度信號等)；步驟二，對步驟一采集到的數據做FFT變換，獲得信號(包括噪聲)的頻域信息；步驟三，對信號的頻域信息進一步分析，把接近于直流(如頻率小于IOHz)的信號 分量和高頻(如頻率大于50MHz)信號分量的頻譜值置0，其他頻帶分量的信號的頻譜值保 持不變；這一步把溫度信號頻帶外的噪聲濾除，也就是對信號進行濾波；步驟四，把濾波后的信號的頻譜分量進行FFT逆變換，獲得濾波后重構的時域信 號;此時信號已經濾除了信號頻帶外的噪聲，信噪比已獲得較大提高；步驟五，對濾波后的時域信號做傳統的累加處理，即重復步驟一至步驟四，并把每 次處理的結果(即步驟四的結果)進行累加，直到累加次數達到系統設定的次數。通常累 加次數高達數萬次(也就是重復步驟一至步驟四數萬次)。步驟六對步驟五所獲得的累加結果做平均處理，即累加結果除以累加次數。步驟七，把經過濾波并且經過累加平均處理后的數據送入計算機進行溫度解調運 算，獲取系統傳感光纜所在的每個位置的溫度信息。采用本專利技術所述的方法的有益效果在于系統噪聲大大降低，大幅度提高了系統 信噪比，從而使得系統的測溫精度得到了較大的提高。附圖說明圖1為本專利技術系統結構示意圖。具體實施式下面結合附圖進一步說明本專利技術的具體實施方式。本專利技術采用一種基于FFT的分布式光纖測溫系統降噪方法，所述一種基于FFT的 分布式光纖測溫系統包括窄脈沖激光光源1、光纖波分復用耦合器2、傳感光纜3、APD (光電 探測器)4、小信號放大模塊5、數據采集模塊6及系統主機7 (PC機或工控機)。系統各個部分功能如下所述窄脈沖激光光源I，其功能是產生窄脈沖激光，窄脈沖激光通過光纖波分復用耦合器2進入傳感光纜3，并沿著傳感光纜向前傳輸，同時在光纜內部產生后向傳輸的拉曼 散射光；拉曼散射光向后沿著光纜傳輸，回到光纖波分復用耦合器2，并進入光電探測器4， 產生光電轉換。所述光纖波分復用耦合器2，其功能是使得窄脈沖激光可以從窄脈沖激光光源I 通過光纖波分復用耦合器2，只能進入到傳感光纜3，但不能進入到光電探測器4 ;使得拉曼 散射光可以從傳感光纜3通過光纖波分復用耦合器2，只能進入到光電探測器4，但不能進 入到多窄脈沖激光光源I。所述傳感光纜3，其功能是探測光纜所處環境的溫度變化。當光纜所處環境溫度發 生變化時，其內部的拉曼散射光強度也發生變化，根據這一變化，就可以解調出光纜所處環 境的溫度信息。所述APD (光電探測器)4，其功能是把光信號轉變成電信號；通常光信號是功率微 弱的光信號，轉變成的電信號也是微弱電信號。所述小信號放大模塊5,其功能是對光電探測器產生的微弱電信號放大和濾波。所述數據采集模塊6，其功能是完成電信號模擬到數字的轉換(即數據采集)，并 做累加處理，然后把處理好的數據傳輸到系統主機7。所述系統主機7(PC機或工控機)，其功能是完成溫度信息的解調，溫度曲線的顯示等處理。進一步地，所述窄脈沖激光光源I和數據采集模塊6是根據同步信號來協同工作 的，同步信號的作用是使得數據采集模塊得以在正確的時刻采集有用信號。同步信號是脈 沖信號，具有一定的重復頻率，例如重復頻率為2kHz ;同步信號可由光源產生或由數據采 集模塊產生。當同步信號產生時，光源產生脈沖激光，這時數據采集模塊采集到的一段數據 是有效的，數據長度與系統所配置的光纜產度有關，例如每一米光纜對應一個數據。一種基于FFT的分布式光纖測溫系統降噪方法，包括如下步驟步驟一，當同步信號本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于FFT的分布式光纖測溫系統降噪方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟一，當同步信號產生時系統采集一段有效數據，即獲得光纜上每個位置的數據；步驟二，對步驟一采集到的數據做FFT變換，獲得信號的頻域信息；步驟三，對信號的頻域信息進一步分析，把接近于直流的信號分量和高頻信號分量的頻譜值置0，其他頻帶分量的信號的頻譜值保持不變；步驟四，把濾波后信號的頻譜分量進行FFT逆變換，獲得濾波后重構的時域信號；步驟五，對濾波后的時域信號做傳統的累加處理，即重復步驟一至步驟四，并把每次處理的結果(即步驟四的結果)進行累加，直到累加次數達到系統設定的次數。步驟六，對步驟五所獲得的累加結果做平均處理，即累加結果除以累加次數。步驟七，把經過濾波并且經過累加平均處理后的數據送入計算機進行溫度解調運算，獲取系統傳感光纜所在的每個位置的溫度信息。

【技術特征摘要】
1.一種基于FFT的分布式光纖測溫系統降噪方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一，當同步信號產生時系統采集一段有效數據，即獲得光纜上每個位置的數據； 步驟二，對步驟一采集到的數據做FFT變換，獲得信號的頻域信息； 步驟三，對信號的頻域信息進一步分析，把接近于直流的信號分量和高頻信號分量的頻譜值置O，其他頻帶分量的信號的頻譜值保持不變； 步驟四，把濾波后信號的頻譜分...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃正，
申請(專利權)人：上海華魏光纖傳感技術有限公司，
類型：發明
國別省市：