本發明涉及分布式光纖傳感系統技術領域，尤其涉及一種分布式光纖傳感器中數據采集與處理的方法。

背景技術：

在分布式光纖傳感系統中，需要高速數據采集和非常大的高速緩存容量，例如當要求測量距離為10km,空間分辨率為1m，累積測量次數為10萬次時，測量一回的數據量就達到1g，若空間分辨率提高到10cm,則測量一回的數據量將達到10g。顯然在分布式光纖傳感系統中需要非常大的高速緩存容量。

高速緩存往往在高速數據采集卡中完成,具有大容量高速緩存器的a/d采集卡不僅設計困難、成本高。特別是由于高速數據采集卡中的數據傳輸到計算機中的速度較低，大的數據量需要較長的傳輸時間，在windows等分時操作系統中，測量一回的數據需要傳輸若干次，數據傳輸是不連續性的，造成部分測量數據丟失，最終導致測量失敗。另外，計算機對大數據量處理時間亦不能忽略，因此高速數據存儲、傳輸和處理等問題便成為了在分布式光纖傳感系統設計中迫切需要解決的關鍵問題之一。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種分布式光纖傳感器中數據采集與處理的方法，該方法利用數字硬件電路實現數字boxcar積分和數據存儲，可大大提高數據采集和處理速度，有利于光纖傳感器信號的實時測量處理。

一種分布式光纖傳感器中數據采集與處理的方法，所述方法包括：

將待處理的背向散射信號經過信號放大濾波器處理后，送入高速a/d轉換器轉換為數字信號；

將高頻時鐘發生器產生的信號作為同步觸發信號，在該同步觸發信號的控制下對轉換后的數字信號進行數字boxcar積分運算和循環移動存儲；

通過數據的循環移動和累加運算，獲得沿光纖長度方向上各點的散射光強分布數據。

所述循環移動存儲的過程在循環移動數據存儲器中進行，該循環移動數據存儲器由rega0、rega1、rega2、……、regan-1個存儲單元組成，用于存儲放第0點、第1點、第2點、……、第n-1點的采樣數據的累加和。

所述存儲單元的數量為所述循環移動數據存儲器的深度，該數量由傳感光纖的長度和a/d轉換速率決定。

所述對轉換后的數字信號進行數字boxcar積分運算和循環移動存儲的過程具體為：

首先將循環移動數據存儲器的各個存儲單元清零；

當第j次激光泵浦脈沖發射時，采樣沿光纖長度方向上的背向散射信號，先將第i個點的采樣數據與第j-1次的累加和數據經過累加器處理后，得到第i點第j次的累加和數據；

再按順時針方向分別將各個存儲單元的數據循環移動到下一個存儲單元。

所述通過數據的循環移動和累加運算，獲得沿光纖長度方向上各點的散射光強分布數據，具體包括：

散射光在距離光纖端面的距離d通過光發射和接收的往返時間t來計算，即：

其中，c為光在真空中的速度，n為光纖折射率，往返時間t由a/d采樣時刻確定，它與距離d一一對應；

將a/d采樣獲得的散射光強按照a/d采樣點的先后次序存入循環移動數據存儲器中構成數據鏈表，該包含散射光強的數據鏈表即為離散化的沿光纖長度方向上各點的散射光強分布數據。

所述高頻時鐘發生器由溫度補償晶體振蕩器構成，用于同步控制所述高速a/d轉換器的采樣時刻和觸發數據的循環移動存儲。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，上述方法利用數字硬件電路實現數字boxcar積分和數據存儲，可大大提高數據采集和處理速度，有利于光纖傳感器信號的實時測量處理。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發明實施例所提供分布式光纖傳感器中數據采集與處理的方法流程示意圖；

圖2為本發明實施例所述循環移動數據存儲器工作過程示意圖；

圖3為本發明所舉實例的方法處理過程示意圖。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。

下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為本發明實施例所提供分布式光纖傳感器中數據采集與處理的方法流程示意圖，所述方法包括：

步驟1、將待處理的背向散射信號經過信號放大濾波器處理后，送入高速a/d轉換器轉換為數字信號；

步驟2、將高頻時鐘發生器產生的信號作為同步觸發信號，在該同步觸發信號的控制下對轉換后的數字信號進行數字boxcar積分運算和循環移動存儲；

在該步驟中，所述循環移動存儲的過程在循環移動數據存儲器中進行，如圖2所示為本發明實施例所述循環移動數據存儲器工作過程示意圖，參考圖2：該循環移動數據存儲器由rega0、rega1、rega2、……、regan-1個存儲單元組成，用于存儲放第0點、第1點、第2點、……、第n-1點的采樣數據的累加和。

所述存儲單元的數量為所述循環移動數據存儲器的深度，該數量由傳感光纖的長度和a/d轉換速率決定，其大小可調節。例如該循環移動數據存儲器可以由fpga(或cpld)與fifo存儲器等芯片構成，實現對a/d采樣數據的循環移動和數字boxcar積分運算。

具體實現中，所述對轉換后的數字信號進行數字boxcar積分運算和循環移動存儲的過程具體為：

首先將循環移動數據存儲器的各個存儲單元清零；

當第j次激光泵浦脈沖發射時，采樣沿光纖長度方向上的背向散射信號，先將第i個點的采樣數據與該點前一次(即第j-1次)的累加和數據經過累加器處理后，得到第i點第j次的累加和數據；

再按順時針方向分別將各個存儲單元的數據循環移動到下一個存儲單元。

以上操作可以在高頻時鐘發生器的控制下同步進行，因此每采集一個數據，需要進行累加和數據循環移動兩個動作，這兩個動作可在一個時鐘脈沖的作用下完成，上述高頻時鐘發生器由溫度補償晶體振蕩器構成，用于同步控制所述高速a/d轉換器的采樣時刻和觸發數據的循環移動存儲。

步驟3、通過數據的循環移動和累加運算，獲得沿光纖長度方向上各點的散射光強分布數據。

在該步驟中，布里淵散射光屬于后向散射光，因此散射光在距離光纖端面的距離d可以通過光發射和接收的往返時間t來計算，即

其中，c為光在真空中的速度(2.998×10⁸m/s),n為光纖折射率，而往返時間t由a/d采樣時刻(點數)確定，它與距離d一一對應。

由于a/d為等間隔采樣，因此采樣的點數對應光纖中散射點的位置，采樣值為散射光強，然后再將采樣值按照a/d采樣點的先后次序存入循環移動數據存儲器中構成數據鏈表，這個包含采樣值的數據鏈表就是離散化的沿光纖長度方向上各點的散射光強分布數據。

下面以具體的實例對上述方法的過程進行詳細說明，如圖3所示為本發明所舉實例的方法處理過程示意圖，圖中包括有雙端高速存儲器、讀地址邏輯產生電路、寫地址邏輯產生電路和累加器等部件，其中雙端高速存儲器的一個端口只能讀數據，另一個端口只能寫數據；讀地址邏輯產生電路和寫地址邏輯產生電路產生循環的遞增地址，即地址從0開始遞增，當地址增加到循環移動存儲器深度n時，地址又回到0，從新開始遞增，寫地址比讀地址值少1，并且讀地址值與采樣數據點值一致。

具體過程為：采樣到第i點的數據時，同時讀取前一回第i點存儲的數據，并且在累加器中進行累加；當下一個時鐘到來時，先將第i點數據存儲，然后再對第i+1點的數據進行累加，以此類推。

另外，在對光纖傳感信號進行boxcar積分運算后，光纖傳感信號輸入輸出信噪比由測量次數n決定，其信噪比的改善為n的方根值，因此通過選取適當的n，就可以有效地提取出微弱的光纖傳感信號。

綜上所述，本發明實施例所述方法具有如下優點：

1、通過累加器和循環移動數據存儲器對光纖傳感信號boxcar積分運算后再進行循環移動數據存儲，不僅大量地減少高速數據緩存容量，而且不會因傳輸數據量大帶來的部分測量數據丟失等問題。

2、利用數字硬件電路實現數字boxcar積分和數據存儲，可大大提高數據采集和處理速度，有利于光纖傳感器信號的實時測量處理。

3、該方法成本低、容易實現，尤其適合作為長距離高空間分辨率的分布式光纖傳感系統中信號的采集與處理。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。