[发明专利]宽域全光纤传感系统连续波自适应大动态范围信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号处理方法，尤其是一种宽域全光纤传感系统连续波自适应大动态范围信号处理方法，属于安防系统的技术领域。

背景技术

光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光纤通信技术的发展而迅猛发展起来的，以光波作为载体，光纤作为媒质，传感外界被测信号的新型技术。概括地说，光纤传感器就是利用光纤将待测量对光纤内传输的光波参量进行调制，并对被调制过的光波信号进行解调检测，从而获得待测量值的一种测量装置。

光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰，易为各种光探测器件接收，可方便地进行光电或电光转换，易于与高度发展的现代化电子装置和计算机相匹配。光纤工作频带宽，动态范围大，适合于大范围远距离组网和遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线；光纤本身电绝缘，体积小，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射，耐压，耐腐蚀，特别适合于易燃、易爆、空间狭窄及强电磁干扰等恶劣环境下使用。因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎在各个领域得到研究与应用，成为传感技术的先导，推动传感技术的蓬勃发展。

光纤的损耗主要包括由于光纤材料和杂质对光能的吸收而引起吸收损耗、光纤内部的散射损耗（主要指瑞利散射）、由于交界面随机的畸变或粗糙所产生的散射损耗、光纤弯曲产生的辐射损耗等，这些损耗中，最重要的是光纤的吸收损耗。由于光纤损耗的影响，连续波信号的变化范围一般很大，信号弱时可以是几微伏，信号强时可以几伏，最强和最弱信号相差很大。

全分布式光纤传感器是利用一根光纤作为延伸的传感元件，光纤上的任意一段既是传感单元，又是其它传感单元的信息传输通道，因而可获得被测量沿此光纤随时间和空间变化的分布信息。它消除了传统传感系统存在的传感“盲区”，从根本上突破了传统的单点测量的限制，是真正意义上的分布式光纤传感器。全分布式光纤传感器主要有两大类：一类基于光纤后向散射的光时域反射（OTDR）技术，另一类基于长距离的干涉技术。全分布式光纤传感器利用一根光纤取代了大量的分立传感器，大大降低了造价，性价比很高，得到了广泛的应用。

宽域全光纤传感系统是利用光纤作为传感介质的一种分布式传感系统，能对沿光纤线路范围内的入侵进行远程和实时的安全监测。由于分布式光纤传感技术能够实现大范围测量场中分布信息的提取，因而它可以应用许多测量领域。因此，光纤传感系统具有广泛的应用价值，研发基于光纤传感的安全监测系统具有重要的经济价值和社会意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种宽域全光纤传感系统连续波自适应大动态范围信号处理方法，其能提高信号检测、处理的准确度及稳定性。

按照本发明提供的技术方案，一种宽域全光纤传感系统连续波自适应大动态范围信号处理方法，所述信号处理方法包括如下步骤：

a、光发射模块产生光信号，所述光信号耦合进入传感光纤，并在传感光纤内产生后向散射光；

b、通过光电探测器接收传感光纤产生的后向散射光，光电探测器将接收的后向散射光信号转换为相应的连续波信号，并将所述连续波信号输入信号采集模块；

c、信号采集模块内的可控增益放大器对连续波信号去噪放大后输入信号处理器内；

d、信号处理器将连续波信号的动态范围与信号处理器内预设的阈值进行比较，当连续波信号的动态范围与预设阈值范围相匹配时，信号处理器对连续波信号的动态范围进行缩放，且信号处理器向可控增益放大器输入增益调节信号，使得经过可控增益放大器输入信号处理器内连续波信号的范围保持稳定。

所述步骤d中，信号处理器对连续波信号的比较包括对连续波信号的幅值或峰值与预设阈值进行比较，以对连续波信号进行缩放。

当信号处理器对连续波信号进行幅值比较时，信号处理器计算若干连续波信号的均方根值；当计算得到的均方根值位于设定的阈值范围内时，信号处理器不放大或衰减连续波信号；当均方根值小于设定阈值时，信号处理器放大连续波信号值；当均方根值大于设定阈值时，信号处理器衰减连续波信号。

当信号处理器对连续波信号进行峰值比较时，当连续波信号的峰值位于设定阈值范围内时，信号处理器不放大或衰减连续波信号；当连续波信号的峰值小于设定阈值时，信号处理器放大连续波信号；当监测信号的峰值大于设定阈值时，信号处理器衰减连续波信号。

所述信号处理器包括FPGA。

所述光发射模块包括半导体激光器，所述半导体激光器的光路上设有电控可变光衰减器，所述电控可变光衰减器通过环形器将光信号耦合进入传感光纤内。