[發明專利]用于光纖振動測量系統的實時數據采集與信號預處理設備及其方法

無效

• 申請號: 201210516987.3
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN102980648A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 黃正
• 申請（專利權）人: 上海華魏光纖傳感技術有限公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及周界安防領域，特別涉及一種用于光纖振動測量系統的實時數據采集與信號預處理設備及其方法。

背景技術

目前，應用于周界報警的安防系統主要包括：微波報警系統、主動紅外報警系統、泄露電纜周界報警系統、靜電感應周界報警系統以及攝像機視頻識別系統等。上述傳統的周界報警系統應用在長距離條件下的監控時，存在很多問題。例如微波報警系統或主動紅外報警系統等監控方式只能適用于視距及平坦區域，受地形的高低、曲折、轉彎、折彎等環境因素影響很大，而且它們不適合惡劣氣候，易受自然氣候影響，準確率也較低。同時由于傳感器單元一般是有源的，所以在長距離監測的情況下，難以解決野外供電的問題，傳感器單元的壽命也較短，在長時間連續使用的情況下，設備的維護成本也較高。

因此，長距離可定位的周界報警系統作為全新的安防設備，具有明顯的優勢。報警系統分為室外監控光纜和綜合處理設備兩部分。綜合處理設備位于監控室機房內，按功能來劃分，可以由光源、光路輸出模塊、光電轉換電路、模數轉換模塊、數字信號處理模塊及報警模塊組成。其工作過程為：光源在光源驅動電路的控制下，發出的光經光路輸出模塊處理后進入室外監控光纜；室外監控光纜返回的光到達光電轉換電路之后，經模數轉換和數字信號處理模塊進行處理；之后進行分析并識別出擾動信號，然后再根據對擾動信號的分析結果進行相應的報警操作。

現有技術中，采用市面上成熟的采集卡，把經模數轉換和數字信號處理模塊處理過的數據采集到工業計算機上，利用工業計算機進行處理。這類采集卡功能單一，僅僅完成數據采集功能，沒有預處理功能。另外，工業計算機處理采用軟件處理方法，這種方案的優點是算法移植簡單，開發難度較低，缺點是由于數據量大，算法比較復雜，很難實時實現，存在數據丟失問題。但是，如果數據處理全部用硬件實現，開發難度大，周期長。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種用于光纖振動測量系統的實時數據采集與信號預處理設備，用以實現實時數據采集和預處理功能，達到實時分析的目的。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：用于光纖振動測量系統的實時數據采集與信號預處理設備，包括同步脈沖發生器、光電模塊、模數轉換器、FPGA、第一DDR存儲器、第二DDR存儲器和高性能工業計算機，其特征在于：所述同步脈沖發生器分別連接所述光電模塊和FPGA?，所述光電模塊連接所述模數轉換器，所述模數轉換器連接所述FPGA，所述FPGA分別連接所述第一DDR存儲器、第二DDR存儲器和高性能工業計算機。

所述同步脈沖發生器，用以產生具有一定重復頻率的一定脈寬的同步脈沖信號，用來同步光電模塊和FPGA（即數據采集控制器），從而使得系統采集到光電模塊產生的有效信號。所述重復頻率可以設置。

所述光電模塊，用以產生激光發射和激光干涉接收。當所述同步脈沖發生器產生脈沖時，光電模塊發射激光，同時接收激光干涉光，并將其轉換成電信號輸出到模數轉換器的輸入端；當所述同步脈沖發生器的脈沖結束時，光電模塊停止發射激光，干涉光則延時一段時間后結束，延時時間與系統探測距離有關。

所述模數轉換器，其功能是完成模擬電信號到數字電信號的轉換。

所述FPGA，其功能是完成數據采集、數據緩存、數據預處理、數據輸出等功能。

所述第一DDR存儲器和第二DDR存儲器，其功能是緩存數據。

所述高性能工業計算機，其功能是用于數據處理和分析。

進一步地，FPGA內部設計為由數據采集控制單元、第一存儲器控制單元、第二存儲器控制單元、第一FFT處理單元、第二FFT處理單元、預處理數據控制單元、FIFO存儲器和PCIE接口控制器組成，所述的數據采集控制單元分別連接同步脈沖發生器、模數轉換器、第一存儲器控制單元、第二存儲器控制單元和預處理數據控制單元，所述第一存儲控制器單元連接所述第一DDR存儲器，所述第二存儲控制器單元連接所述第二DDR存儲器，所述預處理數據控制單元分別連接第一FFT處理單元、第二FFT處理單元和FIFO存儲器，所述FIFO存儲器連接PCIE接口控制器，所述PCIE接口控制器連接高性能工業計算機。

所述數據采集控制單元，其功能是用來控制數據采集流程，切換數據緩存通道、控制數據數據輸出通道切換。

所述第一存儲器控制單元，其功能是用來對第一DDR存儲器讀寫控制以及對所述第一FFT處理單元數據輸入控制。

所述第二存儲器控制單元，其功能是用來對第二DDR存儲器讀寫控制以及對所述第二FFT處理單元數據輸入控制。