光纤测温系统信号处理方法的研究与实现

论文摘要

随着对光纤与光纤器件研究的深入,作为检测器件的光纤传感器也越来越受到人们的重视。近一段时期,光纤传感技术得到了迅速的发展,目前已在科学研究与工程应用领域得到了广泛的应用。分布式光纤温度传感器作为光纤传感器的一个重要分支,也随着其技术的不断成熟渐渐的在各种工程当中得到了应用。分布式光纤测温系统的信号采集和数据后处理是系统的核心部分。该部分的检测精度和速度决定了整个系统的测量精度,空间分辨率,采集速度以及最后的请求响应时间。如何提高系统各个部分的处理速度,协调好数据传输,成为设计分布式光纤测温系统的关键。论文深入的分析了分布式光纤测温系统的测温原理,并对系统光路、高速采集电路和软件滤波部分提出了改进方案。通过对系统各部分的改进,提高了分布式光纤测温系统的响应时间和测量精度等性能指标。论文详细介绍了分布式光纤测温系统的系统光路部分、高速A/D采集电路部分和软件设计部分的信号处理方法。在系统光路设计部分通过计算给出了光纤耦合器的最佳分光比,使系统光路部分的信号信噪比得到提高。在高速A/D采集电路部分,本文设计了高速缓存机制可以有效的将采集到的数据输出到DSP中进行数据处理。在软件设计部分,针对分布式光纤测温系统测量周期过长的问题,在保证系统的时间分辨率和空间分辨率的前提下,本文提出了一种自适应阈值小波滤波算法。该算法能够通过训练信号来确定各尺度下的非线性阈值函数参数,然后采用阈值自适应的小波滤波进行温度信号滤波。实验证明,该算法能够在有效缩短温度测量周期的同时提高系统的精确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 分布式光纤测温系统的国内外研究发展概况和应用前景
• 1.2.1 分布式光纤测温系统的国内外研究发展概况
• 1.2.2 分布式光纤测温系统的应用前景
• 1.3 分布式光纤测温系统信号处理方法研究的意义
• 1.4 本文内容和结构
• 2 系统信号处理过程的总体设计
• 2.1 系统的测温原理
• 2.2 系统参数的设计要求
• 2.3 系统信号处理过程的总体设计方案
• 3 硬件系统的设计与实现
• 3.1 嵌入式开发平台简介
• 3.2 系统光路的设计与实现
• 3.2.1 系统光路设计
• 3.2.2 系统光路最佳分光比的研究与实现
• 3.3 系统电路的设计与实现
• 3.3.1 高速数据采集电路的设计
• 3.3.2 高速数据缓存技术的研究与实现
• 3.3.3 大数据量缓存技术的研究与实现
• 4 软件系统的设计与实现
• 4.1 拉曼散射温度信号噪声特点分析
• 4.2 常用的微弱信号滤波算法
• 4.3 小波滤波在分布式光纤测温系统中的应用
• 4.3.1 小波变换的理论基础
• 4.3.2 固定阈值小波滤波算法
• 4.3.3 自适应阈值小波滤波算法的研究与实现
• 4.3.4 DSP程序的设计与实现
• 5 系统性能测试及分析
• 5.1 测试环境
• 5.2 实验数据及结果分析
• 5.2.1 系统响应时间测试及分析
• 5.2.2 不同测量方法性能测试及分析
• 5.2.3 系统测量精度测试及分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢