[發明專利]基于FPGA的分布式光纖光柵傳感信號尋峰控制系統

在審

• 申請號: 201711289598.0
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108051018A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 閆旭;劉憲陽;王鵬程;崔鶴;侯旭濤;李曉飛
• 申請（專利權）人: 北京衛星信息工程研究所
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 北京善任知識產權代理有限公司 11650
• 代理人: 王大方;金楊

本發明公開了一種基于FPGA的分布式光纖光柵傳感信號尋峰控制系統，由于外界環境及信號采集過程中所夾雜的噪聲影響，使得反射譜的峰值點發生偏移，很大程度上影響了尋峰的精度，所以要先對采集得到的離散數據進行濾波處理后再尋峰，對采集得到的數字信號濾波，完成預處理部分；然后通過FPGA內部狀態機的轉換，將去噪后的波形數據調節閾值進行分割，粗略估計峰值所在位置范圍；基于FPGA狀態機對預處理后的數據再次進行處理，然后尋峰。不僅提高了速度并且彌補了以往常見尋峰算法對于非對稱波形的忽略問題，提高了算法的精度。算法主要由峰值區域分割采集模塊，峰值數據檢測模塊組成。

技術領域

本發明屬于光學數據采集領域，尤其涉及一種基于FPGA的分布式光纖光柵傳感信號尋峰控制系統。

背景技術

光纖布拉格光柵作為一種新型傳感技術，具有無源性、耐腐蝕、耐高溫、傳輸距離遠、抗干擾能力強、分布陣列性等特點，在石油勘探，橋梁、隧道、建筑等結構的健康監測以及航空發動機、大型機械的設備結構狀態監測中得到廣泛應用。在傳感解調系統中，根據解調原理可知，反射光譜中心波長的移位量對應為光纖光柵反射波形峰值點位置，在FBG反射譜解調系統中所測量的都為中心波長的微小偏移量。所以，如何能夠快速，準確的定位到峰值點，是本文所研究的重點內容。而在采集數據和數據傳輸進行處理的過程當中，往往會受到許多因素的干擾，如：外界環境的變化，電子器件本身等所造成的噪聲影響，使得尋峰結果產生較大的誤差，導致解調精度受到很大影響，所以解調系統的關鍵則為濾波去噪和尋峰。

尋峰算法，即是尋找峰值點的算法，此算法不僅是解調系統中的關鍵也是系統中的一個難點問題。尋峰算法的目的是要對采集得到的大量離散不連續數據找尋到峰值點，在實際應用當中，尋峰算法不僅要滿足準確性高，還要符合速度快的要求。在實際運用過程中，主要存在以下兩方面的問題：(1)精度影響，在光纖光柵解調系統的采集數據過程中，器件本身還有外界環境以及系統硬件內部都很容易引入大量的噪聲，而這些噪聲會導致光功率的變化，使得FBG反射譜的中心波長發生形變和抖動，造成后續尋峰精度的降低，誤差增大，很大程度上對尋峰算法的適用性產生影響。(2)速度影響，由于光纖光柵解調系統是要在實際工程項目當中進行運用，所以對于速度要求也是較高的，而尋峰算法的計算處理速度是影響整個系統運行速度的關鍵因素，若選取算法需要進行大量的迭代運算則會造成整個系統運行速度的延時，同樣導致了解調系統在實時性方面受到較大影響。

目前，尋峰算法主要分為常見傳統尋峰算法、經典擬合尋峰算法和改進新型尋峰算法。常見傳統尋峰算法是一種理想條件下的算法，操作簡單，容易實現，但是在實際應用中，所產生的誤差較大；經典擬合尋峰算法，考慮到采集數據波形曲線符合高斯曲線，但是條件為要嚴格符合標準對稱高斯型，實用性不佳；改進新型尋峰算法，是對前兩類算法的改進，考慮到前兩類算法所未考慮到的因素，對于尋峰算法的精度，有了提升。雖然有了改進算法的出現，但是在精度上仍需要近一步的提升，并且在高速解調系統當中，對于速度的要求，也需有更大的提升。

發明內容

本發明的目的在于實現對光柵光纖傳感信號的高速、高精度尋峰，提供一種基于FPGA的分布式光纖光柵傳感信號尋峰方法，該方法是基于FPGA狀態機對預處理后的數據再次進行處理，然后尋峰，不僅提高了速度并且彌補了以往常見尋峰算法對于非對稱波形的忽略問題，提高了算法的精度。算法主要由峰值區域分割采集模塊，峰值數據檢測模塊組成。

本發明的目的是通過如下技術方案予以實現的：

一種基于FPGA的分布式光纖光柵傳感信號尋峰控制系統，包含峰值區域分割采集預處理模塊、峰值數據采集模塊、尋峰擬合模塊，

峰值區域分割采集預處理模塊，用于采集濾波后的有效數據；

尋峰值數據采集模塊，用于采集峰值處的數據；

尋峰擬合模塊，用于獲取高斯函數的峰值點。