專利名稱：分布式光纖溫度測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量系統(tǒng)類，具體地說是一種在分布式光纖溫度測(cè)量中的A/D轉(zhuǎn)換方法，可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算精度和計(jì)算速度，提高測(cè)量系統(tǒng)性能。
背景技術(shù)：
分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)原理框圖如附

圖1所示。
在分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)中，光纖即作為傳輸介質(zhì)又作為傳感器來使用。通過雙向耦合器和波分復(fù)用器，把多個(gè)不同波長(zhǎng)的激光發(fā)射到光纖中。隨測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)情況不同，攜帶光纖實(shí)時(shí)溫度信息的喇曼散射光會(huì)沿光纖反射回來，由光電裝置對(duì)這些散射光進(jìn)行采集。由于喇曼散射光比較弱，需要放大器對(duì)其信號(hào)進(jìn)行放大處理。然后模數(shù)轉(zhuǎn)換器將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。溫度值是由反斯托克斯和斯托克斯信號(hào)的比值確定。但由于普通A/D轉(zhuǎn)換器的精度限制(一般最高為14位)，很難滿足高精度溫度測(cè)量的需要。
Sigma Delta A/D轉(zhuǎn)換器由Sigma Delta調(diào)制器和數(shù)字抽取濾波器組成。由于大規(guī)模集成電路和電子技術(shù)以及信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，在近十幾年來在高精度數(shù)據(jù)采集和測(cè)量系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。其具有精度高、成本低、實(shí)用方便等特點(diǎn)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上成熟產(chǎn)品比較多，主要分為兩類一是Sigma DeltaA/D轉(zhuǎn)換器，使用與普通A/D裝換器相同。另一類是SigmaDelta調(diào)制器，在使用時(shí)由用戶自己設(shè)計(jì)，在調(diào)制器的輸出端接數(shù)字抽取濾波器，如美國(guó)Crystal半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CS5321/CS5322組件，其中CS5321時(shí)SigmaDelta調(diào)制器，CS5322為可編程多級(jí)FIR線性相位數(shù)字抽取濾波器。由CS5321對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行Sigma Delta調(diào)制，產(chǎn)生的1位碼送CS5322進(jìn)行多級(jí)抽取和濾波，最終輸出字長(zhǎng)為24位的串行數(shù)字信號(hào)。本設(shè)計(jì)只使用Sigma Delta調(diào)制器，不需要數(shù)字抽取濾波器。由系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器(由大規(guī)模可編程器件實(shí)現(xiàn))計(jì)數(shù)并送入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)處理。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)到上述發(fā)明目的，通過如下措施來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求，可以把任意待測(cè)量信號(hào)近似為有限位數(shù)的信號(hào)。精度要求不同，則近似的位數(shù)也不同。這樣，任何待測(cè)量信號(hào)也就都可以看作為有理數(shù)。因?yàn)榇郎y(cè)量為模擬量，為使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行高精度數(shù)據(jù)處理，采用Sigma Delta調(diào)制器作為A/D轉(zhuǎn)換器。則對(duì)應(yīng)有理數(shù)輸入的調(diào)制器1-bit碼流輸出具有周期性(參見GRAY and RRIEDMAN等人在1987，1988年研究成果，IEEE論文)。通過對(duì)SigmaDelta調(diào)制器輸出數(shù)據(jù)直接分析，計(jì)算機(jī)可以在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)輸出碼流計(jì)數(shù)并平均計(jì)算得到輸入模擬量，即測(cè)量點(diǎn)的溫度值，完成數(shù)據(jù)測(cè)量和處理過程。因?yàn)榉植际焦饫w溫度測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量點(diǎn)非常多，而且Sigma Delta調(diào)制器工作于過取樣，所以Sigma Delta調(diào)制器的輸出碼流數(shù)據(jù)量非常大。只在一個(gè)周期內(nèi)計(jì)算可以用較短的時(shí)間獲得高精度的結(jié)果。從而滿足分布式光纖溫度測(cè)量快速、準(zhǔn)確的要求。
具體實(shí)施例方式
為實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用Sigma Delta A/D轉(zhuǎn)換器(最高可以達(dá)到24位)。但由于其中的數(shù)字抽取濾波器比較復(fù)雜，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)為直接由計(jì)數(shù)器對(duì)Sigma Delta調(diào)制器輸出碼流計(jì)數(shù)并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。即由Sigma Delta調(diào)制器完成A/D轉(zhuǎn)換器的功能。圖1系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換器由Sigma Delta調(diào)制器代替，由計(jì)算機(jī)和CPLD計(jì)數(shù)器對(duì)Sigma Delta調(diào)制器輸出的碼流直接計(jì)數(shù)和存儲(chǔ)處理。Sigma Delta調(diào)制器輸出的是1位碼流，其輸出碼流中1和-1的個(gè)數(shù)比與輸入模擬信號(hào)的大小成比例。但由于是分布式測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)多，而且SigmaDelta調(diào)制器是過取樣，取樣速率遠(yuǎn)高于Nyquist速率，所以計(jì)數(shù)值是非常大的，對(duì)存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)處理要求較高。通過本發(fā)明方法，根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)要求，將待測(cè)量看作是與測(cè)量系統(tǒng)精度相一致的信號(hào)，則被測(cè)量可以看作為有理數(shù)，由于系統(tǒng)限制，過高精度也沒有必要。這樣調(diào)制器輸出碼流具有周期性且周期等于該有理數(shù)的分母。通過對(duì)輸出序列進(jìn)行自相關(guān)分析，當(dāng)其變化為一個(gè)周期時(shí)具有最大值且等于周期數(shù)。即ryy(m)=Σn=0N-1y(n)y(n+m)]]>當(dāng)m＝T(T為周期)最大且等于T。這樣，只在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行平均計(jì)算可以在最短時(shí)間獲得高精度結(jié)果，計(jì)算沒有冗余具體實(shí)現(xiàn)算法由本發(fā)明專利實(shí)現(xiàn)，從而保證高精度分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)的要求。
權(quán)利要求
1.一種在分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換的處理方法，為提高精度，采用SigmaDelta調(diào)制器代替A/D轉(zhuǎn)換器，通過在一個(gè)周期內(nèi)計(jì)算處理，可以在短的計(jì)算時(shí)間獲得高精度。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的在分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換的處理方法，其特征是根據(jù)分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)的精度要求，將輸入待測(cè)量信號(hào)看作為具有一定精度的有理數(shù)，通過這樣處理，任何待測(cè)量信號(hào)的精度隨測(cè)量系統(tǒng)精度確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換的處理方法，其特征是通過上述轉(zhuǎn)換，Sigma Delta調(diào)制器輸出碼流具有周期性且與有理數(shù)的分母相同，而通過對(duì)Sigma Delta調(diào)制器輸出碼流作相關(guān)分析，可以確定周期長(zhǎng)度，由于處理在Sigma Delta調(diào)制器的輸出端進(jìn)行，使GRAY等人的研究結(jié)論具有實(shí)用性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換的處理方法，其特征是Sigma Delta調(diào)制器輸出的1位碼流中1和-1的個(gè)數(shù)比與輸入模擬信號(hào)的大小成比例，只在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)輸出碼流計(jì)算，可以在最短時(shí)間獲得高精度，計(jì)算處理沒有冗余，計(jì)算速度快。
全文摘要
這是一種在分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換的處理方法。為提高精度，測(cè)量系統(tǒng)采用Sigma Delta調(diào)制器代替A/D轉(zhuǎn)換器。由大規(guī)?？删幊唐骷O(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器完成對(duì)Sigma Delta調(diào)制器輸出碼流的計(jì)數(shù)。無(wú)論待測(cè)量是何實(shí)數(shù)，都可由系統(tǒng)精度確定為一個(gè)有理數(shù)。從而Sigma Delta調(diào)制器的輸出具有周期性。而通過對(duì)輸出數(shù)據(jù)作相關(guān)分析，可以確定其周期長(zhǎng)度，從而在一個(gè)周期內(nèi)作平均計(jì)算，可在最短時(shí)間獲得最高精度，使測(cè)量數(shù)據(jù)沒有冗余，提高整個(gè)分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)的性能。
文檔編號(hào)G02F7/00GK1892195SQ20051004397
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月6日
發(fā)明者曹立軍, 孫忠周 申請(qǐng)人:威?？低ㄐ偶夹g(shù)有限公司, 曹立軍, 孫忠周