光纖振動傳感系統(tǒng)智能適配參數(shù)控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型是光纖振動傳感系統(tǒng)智能適配參數(shù)控制裝置，涉及光纖傳感領(lǐng)域以及 信號處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光纖和光電子器件技術(shù)研宄的不斷深入，光纖傳感技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā) 展。由于光纖傳感器的體積小、質(zhì)量輕、精度高、響應(yīng)快、動態(tài)范圍寬、響應(yīng)快等優(yōu)點，并且它 具有良好的抗電磁干擾、耐腐蝕性和不導(dǎo)電性，所以在很多領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。其可以探測的 物理量有電壓、電流、加速度、流速、壓力、溫度、位移等。用于測量振動信號的光纖振動傳感 器就是其中一員，目前已被應(yīng)用于周界安防、管道防護(hù)及線纜安全監(jiān)測等領(lǐng)域。
[0003] 光纖振動傳感系統(tǒng)對光纖中的背向散射光信號的參數(shù)進(jìn)行分析，提取和分離出其 所載的振動事件所含信號序列的強度、頻率及空間信息及特征，準(zhǔn)確識別出振動事件。然 而，在不易識別的小振動信號存在的情況下，振動信號易受光纖中的背景噪聲干擾，使測量 結(jié)果的準(zhǔn)確性降低；同時，在大背景噪聲，即大風(fēng)、大雨等情況下，系統(tǒng)接收到的背向散射光 信號強度會大幅增加，極易超出系統(tǒng)中增益放大器的動態(tài)范圍，同樣影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確 性。為此，需要提高小振動信號時系統(tǒng)的靈敏度和信噪比，同時提高大背景噪聲下的系統(tǒng)的 動態(tài)測量范圍。
[0004] 在現(xiàn)有的技術(shù)中，提高系統(tǒng)的靈敏度和信噪比的方法有設(shè)計寬帶高靈敏度光接收 機，但其提高能力有限，且不具有自適應(yīng)性；還有使用平均周期圖法，即進(jìn)行傅里葉變換，對 信號在頻域上表現(xiàn)的特征進(jìn)行分析處理，這種方法的算法較為復(fù)雜，且適用于被測信號以 一定頻率持續(xù)存在的環(huán)境。提高系統(tǒng)的動態(tài)測量范圍的方法有將連續(xù)波信號的幅值或峰值 與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果對可控增益放大器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得信號的范圍保持 穩(wěn)定，但這種方法只對可控增益放大器單一調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍有限。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型提供一種光纖振動傳感系統(tǒng)智能適配參數(shù)控制裝置，實現(xiàn)了小背景信 號下的高靈敏度和高信噪比，以及大動態(tài)測量范圍，同時兼顧系統(tǒng)的能耗分析，最大限度地 降低了系統(tǒng)能耗。
[0006] 本實用新型采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種光纖振動傳感系統(tǒng)智能適配參數(shù)控制裝置，包括：一個光源模塊和一個綜合 參數(shù)控制模塊，
[0008] 所述的光源模塊的輸出接口連接有光纖光路，且與所述的光纖光路的輸入接口相 連接，所述的光纖光路的輸出接口連接有光接收機，且與所述的光接收機的輸入接口相連 接，所述的光接收機的輸出接口連接有增益可控放大器，且與所述的增益可控放大器的信 號輸入接口相連接，所述的增益可控放大器的輸出接口連接有目標(biāo)事件濾除模塊，且與所 述的目標(biāo)事件濾除模塊的輸入接口相連接，所述的目標(biāo)事件濾除模塊的輸出接口連接有模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，且與所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入接口相連接，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出接 口連接至所述的綜合參數(shù)控制模塊的輸入接口，
[0009] 所述的綜合參數(shù)控制模塊的增益控制數(shù)字電壓輸出接口連接有電路參數(shù)調(diào)節(jié)模 塊，且與所述的電路參數(shù)調(diào)節(jié)模塊的電路控制數(shù)字電壓輸入接口相連，所述的電路參數(shù)調(diào) 節(jié)模塊的增益控制模擬電壓輸出接口連接至所述的增益可控放大器的控制輸入接口，
[0010] 所述的綜合參數(shù)控制模塊的驅(qū)動電流控制數(shù)字電壓輸出接口連接有光源參數(shù)調(diào) 節(jié)模塊，且與所述的光源參數(shù)調(diào)節(jié)模塊的驅(qū)動電流控制數(shù)字電壓輸入接口相連，所述的光 源參數(shù)調(diào)節(jié)模塊的驅(qū)動電流輸出接口連接至所述的光源模塊的驅(qū)動電流輸入接口，
[0011] 整個裝置構(gòu)成兩個閉環(huán)回路，實現(xiàn)閉環(huán)參數(shù)控制。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點：
[0013] 本實用新型對系統(tǒng)所處環(huán)境及狀態(tài)進(jìn)行分類，對小背景信號下的電壓信號進(jìn)行放 大，提高了小背景信號下的系統(tǒng)靈敏度，同時對大背景信號下的電壓信號進(jìn)行縮小，提高了 系統(tǒng)的動態(tài)測量范圍。
[0014] 本實用新型對應(yīng)不同環(huán)境下的光纖振動傳感系統(tǒng)有不同的參數(shù)控制方法，使系統(tǒng) 能在不同的環(huán)境下正常工作，具有高適應(yīng)性。
[0015] 增大光源輸出功率能提高光接收機的輸入光功率，進(jìn)而提高光接收機的信噪比， 增大放大器增益能提高放大器的信噪比，因此本實用新型提高了小背景信號下的系統(tǒng)信噪 比。
[0016] 本實用新型對增益可控放大器的增益倍數(shù)和光源模塊的驅(qū)動電流進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)， 輸出電壓信號的可調(diào)節(jié)范圍更大，系統(tǒng)的動態(tài)測量范圍也更大。
[0017] 本實用新型對光源模塊的驅(qū)動電流即光源功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，在小背景信號下優(yōu)先提 高增益可控放大器的增益，在大背景信號下優(yōu)先降低光源模塊的驅(qū)動電流，將光源模塊的 功率始終控制在所需的最小范圍內(nèi)，即降低了系統(tǒng)的能耗。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖2為本實用新型中光纖光路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020] 圖3為本實用新型中光源模塊和光源參數(shù)調(diào)節(jié)模塊的硬件電路圖；
[0021] 圖4為本實用新型中光接收機的硬件電路圖；
[0022] 圖5為本實用新型中增益可控放大器的硬件電路圖；
[0023] 圖6為本實用新型中目標(biāo)事件濾除模塊的硬件電路圖；
[0024] 圖7為本實用新型中模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的硬件電路圖；
[0025] 圖8為本實用新型中電路參數(shù)調(diào)節(jié)模塊的硬件電路圖；
[0026] 圖9為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的I/O BANKO的硬件電路圖；
[0027] 圖10為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的I/O BANKl的硬件電路圖；
[0028] 圖11為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的I/O BANK2的硬件電路圖；
[0029] 圖12為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的I/O BANK3的硬件電路圖；
[0030] 圖13為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的I/O BANK4的硬件電路圖；
[0031] 圖14為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的I/O BANK5的硬件電路圖；
[0032] 圖15為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的電源接口硬件電路圖；
[0033] 圖16為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的接地接口硬件電路圖；
[0034] 圖17為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的GTP接口硬件電路圖；
[0035] 圖18為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)的NC接口硬件電路圖；
[0036] 圖19為小背景信號下進(jìn)行參數(shù)綜合控制的輸出電壓^前后對比圖；
[0037] 圖20為小背景信號下進(jìn)行參數(shù)綜合控制的過低電壓閾值率LCLsn前后對比圖；
[0038] 圖21為大背景信號下進(jìn)行參數(shù)綜合控制的輸出電壓^前后對比圖；
[0039] 圖22為大背景信號下進(jìn)行參數(shù)綜合控制的過高電壓閾值率LCHsn前后對比圖；
[0040] 圖23為大背景信號下進(jìn)行綜合參數(shù)控制與只調(diào)節(jié)放大器增益時光源模塊功率的 對比圖；
[0041] 圖24為小背景信號下進(jìn)行綜合參數(shù)控制與只調(diào)節(jié)放大器增益、只調(diào)節(jié)光源模塊 驅(qū)動電流時電壓放大倍數(shù)的對比圖；
[0042] 圖25為大背景信號下進(jìn)行綜合參數(shù)控制與只調(diào)節(jié)放大器增益、只調(diào)節(jié)光源模塊 驅(qū)動電流時電壓放大倍數(shù)的對比圖。
【具體實施方式】
[0043] -種光纖振動傳感系統(tǒng)智能適配參數(shù)控制裝置，包括：一個光源模塊1和一個綜 合參數(shù)控制模塊7，
[0044] 所述的光源模塊1的輸出接口連接有光纖光路2,且與所述的光纖光路2的輸入接 口相連接，所述的光纖光路2的輸出接口連接有光接收機3,且與所述的光接收機3的輸入 接口相連接，所述的光接收機3的輸出接口連接有增益可控放大器4,且與所述的增益可控 放大器4的信號輸入接口相連接，所述的增益可控放大器4的輸出接口連接有目標(biāo)事件濾 除模塊5,且與所述的目標(biāo)事件濾除模塊5的輸入接口相連接，所述的目標(biāo)事件濾除模塊5 的輸出接口連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊6,且與所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊6的輸入接口相連接，所述的 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊6的輸出接口連接至所述的綜合參數(shù)控制模塊7的輸入接口，
[0045] 所述的綜合參數(shù)控制模塊7的增益控制數(shù)字電壓輸出接口連接有電路參數(shù)調(diào)節(jié) 模塊8,且與所述的電路參數(shù)調(diào)節(jié)模塊8的電路控制數(shù)字電壓輸入接口相連，所述的電路參 數(shù)調(diào)節(jié)模塊8的增益控制模擬電壓輸出接口連接至所述的增益可控放大器4的控制輸入接 □，
[0046] 所述的綜合參數(shù)控制模塊7的驅(qū)動電流控制數(shù)字電壓輸出接口連接有光源參數(shù) 調(diào)節(jié)模塊9,且與所述的光源參數(shù)調(diào)節(jié)模塊9的驅(qū)動電流控制數(shù)字電壓輸入接口相連，所述 的光源參數(shù)調(diào)節(jié)模塊9的驅(qū)動電流輸出接口連接至所述的光源模塊1的驅(qū)動電流輸入接 □，
[0047] 整個裝置構(gòu)成兩個閉環(huán)回路，實現(xiàn)閉環(huán)參數(shù)控制。
[0048] 所述的光纖光路2包括2 X 2親合器和傳感光纖，2 X 2親合器的一端接收來自所述