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1. CN207036250 - Distributed optical fiber vibration sensing real -time data processing device

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[ ZH ]
分布式光纤振动传感实时数据处理装置


技术领域
本实用新型涉及一种数据处理装置,尤其是一种分布式光纤传感系统的实时数据处理装置。
背景技术
分布式光纤振动传感器由于其结构简单、探测距离长、不受电磁干扰等特点,已成为近年来国内外的研究热点。分布式光纤振动传感器件是国防、石油管线、电力等领域迫切需求的技术,该技术可以用来实时监测边境线的入侵情况、石油管线的破坏和偷盗情况、电力电缆的偷盗和破坏情况,实现对国家财产和生命安全的保护。
在实际应用中,由于分布式光纤振动传感测量距离比较长,大多数情况下测量距离都是在40公里以上。为了能很好地提取振动信号的特征,数据采集模块的采样率应为100MHz 以上,对应着传感光纤长度分布方向上为1 米一个采样点。同时,为了能实现对1kHz 频率范围内振动事件进行探测,注入到光纤中脉冲的重复频率应高于2kHz。按照这样的条件计算,则每秒就有8×107个数据点。每个数据点占2 个字节,这样在1 秒钟内采集到的数据量就有160MB。同时,分布式光纤振动传感器是一个实时的系统,即需要对所采集的振动信号进行实时分析和处理。因此,如何从如此大的背景光纤数据中实时提取出多个有效的振动信号就是该系统有待解决的关键问题之一。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是实现一种分布式光纤振动传感实时数据处理装置。该装置包括光电探测器、信号放大器、数据采集器、数据处理模块、同步信号接口、信号输出接口。光电探测器的输出端与信号放大器的输入端连接,信号放大器的输出端与数据采集器的输入端链接,数据处理模块的数据输入端与数据采集器的输出端连接,数据处理模块的同步信号输入端与同步信号接口连接,数据处理模块的输出端与信号输出接口连接。本实用新型技术方案将提高系统数据处理效率和响应速度,同时也增大系统的数据处理能力。
为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案为:
本实用新型一种分布光纤振动传感数据处理装置包括光电探测器、信号放大器、数据采集器、数据处理模块、同步信号接口、信号输出接口。
所述的光电探测器采用PIN型硅材料光电探测器,其探测光谱范围为800-1700nm。
所述的信号放大器采用AD8138放大芯片,实现对光电探测器输出的微弱信号进行放大。
所述的数据采集器采用AD9233高速模数转换芯片,将信号放大器输出的模拟信号转换成数字信号。
所述的数据处理模块采用XCVU190高速FPGA芯片,实现对分布式光纤振动信号进行实时处理。
所述的同步信号接口采用SMA接口,接收外接同步信号,并将同步信号输入数据处理模块。
所述的信号输出接口采用100M以太网接口,将处理后的数据输入到计算机中进行存储和显示。
为了实现上述目的,本实用新型采用的技术方案为:分布式光纤振动传感实时数据处理装置。光电探测器将分布式光纤振动传感系统返回的光信号转换成模拟电信号,再经过信号放大器放大后输入到数据采集器中。数据处理模块根据同步信号接口输入的同步脉冲信号控制数据采集进行采集,由数据采集器将信号放大器放大后的模拟信号转换成数字信号,并输入到数据处理模块中进行处理,得到有效的振动信号数据,最后通过信号输出接口输入到计算机中进行显示和存储。
附图说明
图1为分布式光纤振动数据采集和处理模块结构图。
图2为数据采集和处理流程图。
图3为粗扫描和精细扫描数据处理结构示意图。
具体实施方式
参见图1、图2和图3可知,一种分布光纤振动传感实时数据处理装置,该装置包括光电探测器、信号放大器、数据采集器、数据处理模块、同步信号接口、信号输出接口。光电探测器的输出端与信号放大器的输入端连接,信号放大器的输出端与数据采集器的输入端链接,数据处理模块的数据输入端与数据采集器的输出端连接,数据处理模块的同步信号输入端与同步信号接口连接,数据处理模块的输出端与信号输出接口连接。开始测量后,数据处理模块4根据同步信号接口5输入的同步脉冲信号控制数据采集器3进行采集,由数据采集器3将信号放大器2放大后的模拟信号转换成数字信号,并输入到数据处理模块4中进行处理,数据处理模块处理后的数据经信号输出接口6输出。图3中,上部带黑点的虚线圆圈为振动源,中部连续排列的黑点为粗扫描数据点,下部连续排列的黑点为精细扫描数据点。数据采集器采集到的数据为随距离变化的数据,数据处理模块首先对512组数据进行纵向随时间变化排列,得到每个位置随时间变化的振动信号数据;之后再从这些数据中每隔32个数据点取一组数据进行粗扫描处理,找出有振动事件发生的数据点;然后,以有振动事件发生的数据点为中心,向前后各提取32个数据点进行精细扫描处理,最终找出振动事件的中心点位置,提取出有效的振动信号。最后将精细扫描获得的有效振动事件数据通过信号输出接口6传输给计算机进行数据显示和存储。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述,显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本实用新型的保护范围之内。