[发明专利]基于FPGA的分布式光纤光栅传感信号寻峰控制系统

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的分布式光纤光栅传感信号寻峰控制系统，由于外界环境及信号采集过程中所夹杂的噪声影响，使得反射谱的峰值点发生偏移，很大程度上影响了寻峰的精度，所以要先对采集得到的离散数据进行滤波处理后再寻峰，对采集得到的数字信号滤波，完成预处理部分；然后通过FPGA内部状态机的转换，将去噪后的波形数据调节阈值进行分割，粗略估计峰值所在位置范围；基于FPGA状态机对预处理后的数据再次进行处理，然后寻峰。不仅提高了速度并且弥补了以往常见寻峰算法对于非对称波形的忽略问题，提高了算法的精度。算法主要由峰值区域分割采集模块，峰值数据检测模块组成。

技术领域

本发明属于光学数据采集领域，尤其涉及一种基于FPGA的分布式光纤光栅传感信号寻峰控制系统。

背景技术

光纤布拉格光栅作为一种新型传感技术，具有无源性、耐腐蚀、耐高温、传输距离远、抗干扰能力强、分布阵列性等特点，在石油勘探，桥梁、隧道、建筑等结构的健康监测以及航空发动机、大型机械的设备结构状态监测中得到广泛应用。在传感解调系统中，根据解调原理可知，反射光谱中心波长的移位量对应为光纤光栅反射波形峰值点位置，在FBG反射谱解调系统中所测量的都为中心波长的微小偏移量。所以，如何能够快速，准确的定位到峰值点，是本文所研究的重点内容。而在采集数据和数据传输进行处理的过程当中，往往会受到许多因素的干扰，如：外界环境的变化，电子器件本身等所造成的噪声影响，使得寻峰结果产生较大的误差，导致解调精度受到很大影响，所以解调系统的关键则为滤波去噪和寻峰。

寻峰算法，即是寻找峰值点的算法，此算法不仅是解调系统中的关键也是系统中的一个难点问题。寻峰算法的目的是要对采集得到的大量离散不连续数据找寻到峰值点，在实际应用当中，寻峰算法不仅要满足准确性高，还要符合速度快的要求。在实际运用过程中，主要存在以下两方面的问题：(1)精度影响，在光纤光栅解调系统的采集数据过程中，器件本身还有外界环境以及系统硬件内部都很容易引入大量的噪声，而这些噪声会导致光功率的变化，使得FBG反射谱的中心波长发生形变和抖动，造成后续寻峰精度的降低，误差增大，很大程度上对寻峰算法的适用性产生影响。(2)速度影响，由于光纤光栅解调系统是要在实际工程项目当中进行运用，所以对于速度要求也是较高的，而寻峰算法的计算处理速度是影响整个系统运行速度的关键因素，若选取算法需要进行大量的迭代运算则会造成整个系统运行速度的延时，同样导致了解调系统在实时性方面受到较大影响。

目前，寻峰算法主要分为常见传统寻峰算法、经典拟合寻峰算法和改进新型寻峰算法。常见传统寻峰算法是一种理想条件下的算法，操作简单，容易实现，但是在实际应用中，所产生的误差较大；经典拟合寻峰算法，考虑到采集数据波形曲线符合高斯曲线，但是条件为要严格符合标准对称高斯型，实用性不佳；改进新型寻峰算法，是对前两类算法的改进，考虑到前两类算法所未考虑到的因素，对于寻峰算法的精度，有了提升。虽然有了改进算法的出现，但是在精度上仍需要近一步的提升，并且在高速解调系统当中，对于速度的要求，也需有更大的提升。

发明内容

本发明的目的在于实现对光栅光纤传感信号的高速、高精度寻峰，提供一种基于FPGA的分布式光纤光栅传感信号寻峰方法，该方法是基于FPGA状态机对预处理后的数据再次进行处理，然后寻峰，不仅提高了速度并且弥补了以往常见寻峰算法对于非对称波形的忽略问题，提高了算法的精度。算法主要由峰值区域分割采集模块，峰值数据检测模块组成。

本发明的目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于FPGA的分布式光纤光栅传感信号寻峰控制系统，包含峰值区域分割采集预处理模块、峰值数据采集模块、寻峰拟合模块，

峰值区域分割采集预处理模块，用于采集滤波后的有效数据；

寻峰值数据采集模块，用于采集峰值处的数据；

寻峰拟合模块，用于获取高斯函数的峰值点。