[发明专利]基于弱光栅阵列分布式传感预处理系统与寻峰方法

说明书

本发明公开了一种基于弱光栅阵列分布式传感预处理系统，包括：前置电路，包括顺次连接的激光器、掺铒光纤放大器、耦合器，所述第一环形器连接刻有弱光栅阵列的光纤，所述第二环形器连接空白光纤；下位机FPGA高速采集器，通过脉冲调制器与所述激光器连接，并通过第一光电探测器和所述第一环形器连接，通过第二光电探测器和所述第二环形器连接；该FPGA高速采集器包括自适应滤波器，该自适应滤波器根据从弱光栅阵列的光纤与空白光纤中反射回来的信号进行相抵，消除噪声；上位机，与所述FPGA高速采集器通信连接，发送控制指令给下位机FPGA高速采集器；并对下位机FPGA高速采集器上传的信号进行寻峰，储存所有的峰值和对应坐标。

技术领域

本发明设计光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种基于弱光栅阵列的预处理系统和寻峰方法。

背景技术

光纤光栅传感技术其高灵敏度既是优点，也是缺点，它易受到各种干扰信息的影响，如光栅阵列中的多阶串扰与光路中的各种噪声干扰。为了降低或者避免干扰，需要在下位机进行滤波预处理，可以通过修改高通、低通等滤波器对应的抽头系数模型，来进行针对性的滤波。但是这样带来的问题是系统的适用范围大大降低，在某些场合下所谓的“噪声”可能是在另外一些场合下的目的信号，并且下位机程序通常来说比较难以直接改动，因此这种预处理方式是存在局限性的。

在线弱光栅制备时，会受拉丝张力，拉丝速度，拉丝炉温度波动等随机影响，弱光栅反射谱的谱形，中心波长，反射率等也会有一定波动范围。并且，由于拉丝过程中的随机性，光栅之间并不严格等间距，峰值点坐标无法准确确定，导致解调失真。目前主流的寻峰算法为高斯拟合法及相关的改进算法，这种方式在寻峰效果显著的同时会消耗下位机大量的运算资源，降低系统的实时性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无法实时有效地对弱光栅阵列进行寻峰的缺陷，提供一种可快速寻峰的基于弱光栅阵列分布式传感预处理系统与寻峰方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供了基于弱光栅阵列分布式传感预处理系统，包括：

前置电路，包括顺次连接的激光器、掺铒光纤放大器、耦合器，该耦合器的两个输出端分别连接第一环形器和第二环形器，所述第一环形器连接刻有弱光栅阵列的光纤，所述第二环形器连接空白光纤；

下位机FPGA高速采集器，通过脉冲调制器与所述激光器连接，并通过第一光电探测器和所述第一环形器连接，通过第二光电探测器和所述第二环形器连接；该下位机FPGA高速采集器包括自适应滤波器，该自适应滤波器根据从弱光栅阵列的光纤与空白光纤中反射回来的信号进行相抵，消除噪声；

上位机，与下位机FPGA高速采集器通信连接，发送控制指令给下位机FPGA高速采集器；并对下位机FPGA高速采集器上传的信号进行寻峰，储存所有的峰值和对应坐标。

接上述技术方案，所述自适应滤波器为LMS自适应滤波器。

接上述技术方案，所述自适应滤波器包括：

输入信号寄存器，用于传递和存储空白光纤的串扰信号；

抽头合集寄存器，用于传递和存储滤波器各个系数的抽头合集；

数据选择器，用于选择对应下位机FPGA高速采集器采集的信号和滤波器系数进入乘法器；

乘法器模块，用于进行对应下位机FPGA高速采集器采集的信号和滤波器系数的乘积运算，并将乘积的值传递到累加器模块；

累加器模块，用于将乘法器模块每次输出的值保存并累加，再与光栅光纤信号相加，输出目标信号；

抽头更新模块，用于更新抽头合集；

多个定时器，用于校正时序、输出滤波后的有效结果。