新型數據採集器及其處理數據的方法
2023-10-18 09:25:04
專利名稱:新型數據採集器及其處理數據的方法
技術領域:
本發明涉及數據採集技術領域,具體的說是對分布式光纖傳感器的數據進行採集 的技術領域。
背景技術:
在分布式光纖測溫系統中,空間解析度及測溫精度都是十分重要的參數,在測量 溫度場信息時,我們總是希望空間解析度儘可能的小,同時又要求測溫的精度儘可能的高, 還需要系統具有快速的探測特性。現有的數據採集器由A/D轉換器、現場可編輯門陣列組成(FPGA),然而,這樣的數 據採集器由於採樣速率及處理數據能力有限,使得空間解析度和測溫精度很難得到提高。理論上,空間解析度是由雷射脈衝寬度、數據採樣率等決定的;測溫精度受到諸多 方面的影響,比如A/D轉換器的位數,採樣速率,系統信噪比等。當這些因素都確定時,現有 的設計方法就很難提高系統空間解析度和測溫精度,因此也就無法滿足一些要求比較高的 應用場合。
發明內容
為了克服現有數據採集器的缺點和不足,本發明提供一種新型數據採集器,在 FPGA上連接一個延時線器件,延時線器件通過通信接口和外部同步信號連接,採用延時線 技術和同步相位控制技術,可以明顯提高數據採集器所用系統的空間解析度和測溫精度。本發明的數據採集部分採用延時線技術通過循環移位的方式來實現數據採集,所 用技術方案主要體現在硬體設計和數據處理方法上。硬體設計方面,本發明的數據採集器使用的採樣時鐘頻率與現有的採樣時鐘頻率 相同,但是,由於同步信號可以通過設定延時線器件來延時,其結果等效於,不同階段的同 步信號,在相位上彼此相差360° /K(K為一個重複周期內同步脈衝的個數)。從長時間數 據採集的角度來看,其結果相當於採樣率提高了 K倍,可見雖然時鐘頻率不變,但實際的採 樣率提高了 K倍。延時線器件延時的時間長度是可以通過通信接口來設置的,所以可以根 據不同的延時要求把同步信號延時在所需的時序上,延時時間可以比較精確設置。數據處理方面,現有技術中,在一米範圍內的信號中,採樣時鐘所對準信號的位置 是若干個位置中的某一個固定位置,由於這個位置處的溫度不能精確、全面的地代表該一 米範圍內的溫度,那麼,按照該種方法採樣採集到的數據是不精確地。為了提高精確度,比 較好的方法就是在一米範圍內採集幾個數據,然後取其平均值來作為這一米範圍內的數 據。與傳統的數據採集器相比,本發明的優點為1、採用延時線技術,通過改變同步脈衝相位偏移,等效提高採樣率,從而提高了空 間解析度;2、採用橫向平均方法,提高測溫精度。
3、採用超高速FPGA,提高了數據處理能力。
圖1為本發明結構示意圖;圖2為本發明中當K等於3時採用的延時線技術示意圖。圖3為現有採集器的數據處理方法;圖4為本發明採用的橫向平均技術的數據處理方法。
具體實施例方式本發明公開了一種新型的數據採集器,下面將結合附圖與具體實施方式
對本發明 所述的新型數據採集器做詳細說明。一種新型數據採集器,由FPGA 1,A/D轉換器2,A/D轉換器3和延時線器件4組 成,A/D轉換器2,A/D轉換器3分別和FPGA 1相連,延時線器件4也和FPGA 1相連接,延 時線器件4通過通信接口和外部同步信號連接。本發明的數據採集部分採用延時線技術通過循環移位的方式來實現數據採集,所 用技術方案主要體現在硬體設計和數據處理方法上。硬體設計方面,本發明所述的數據採集器使用的採樣時鐘頻率為100Mb/S,與現有 的採樣時鐘頻率相同,但是,由於同步信號可以通過設定延時線器件4來延時,其結果等效 於,不同階段的同步信號,在相位上彼此相差360° /K(K為一個重複周期內同步脈衝的個 數)。以K = 3為例,一個重複周期內每個同步脈衝的相位相差120°,如圖2所示。第一 次採樣,同步脈衝相位是0°,如採樣1;第二次採樣,同步脈衝相位偏移120°,如採樣2; 第三次採樣,同步脈衝偏移,如採樣3;第四次則循環回到採樣1,依次類推。從長時 間數據採集的角度來看,其結果相當於採樣率提高了 3倍,可見雖然時鐘頻率不變,但實際 的採樣率提高了 3倍。延時線器件4延時的時間長度是可以通過通信接口來設置的,所以 可以根據不同的延時要求把同步信號延時在所需的時序上,延時時間可以比較精確設置。下面以K = 3為例,實現步驟1、採樣1 設置延時線器件4,使之延時時間為0納秒,數據採集器在接收電路產生 有效信號的同時,同步脈衝信號到達數據採集器後經延時線器件4延時Ons後輸入到FPGA 1,FPGA 1開始採集數據,直到本次採樣點結束(達到設定的採樣點數)。2、採樣2 設置延時線器件4,使之延時時間為Ts/3納秒(Ts為採集器採樣時鐘周 期)。數據採集器在接收電路產生有效信號的同時,同步脈衝信號到達數據採集器後經延時 線器件4延時Ons後輸入到FPGA 1,FPGA 1開始採集數據,直到本次採樣點結束(達到設 定的採樣點數)。3、採樣3 設置延時線器件,使之延時時間為2*Ts/K納秒(Ts為採集器採樣時鐘 周期),數據採集器在接收電路產生有效信號的同時,同步脈衝信號到達數據採集器後經延 時線器件4延時Ons後輸入到FPGA 1,FPGA 1開始採集數據,直到本次採樣點結束(達到 設定的採樣點數)。循環次數加1。數據處理方面,觀察圖3所示的原始採樣,注意到一米範圍內的信號,採樣時鐘所 對準信號的位置是若干個位置中的某一個,所以按原始採樣採集到的數據是不精確的,為了提高精確度,比較好的方法就是在一米範圍內採集若干個個數據,然後取其平均值來做 為這一米範圍內的數據。本實例選擇採集3個數據,處理如圖3和圖4所示。數據累加功能。在光纖傳感應用中,由於散射信號十分微弱,完全被淹沒在噪聲 中,系統需要採用弱信號檢測方法,從噪聲中提取待測信號。因此,為提高信噪比,後續信號 處理採用數字平均的方法,即將一次測量的N點數據依次存儲到內存單元中,將下一次測 量的N點數據與內存對應單元的數據相加,再放回原內存單元,依次循環M次,然後對各單 元求平均。以空間解析度為lm,K = 3為例,說明發明數據採集器的數據累加處理方法,如 下1,首先對同一米內的數據進行橫向平均;2,對1的結果進行數據求和累加。進一步的,如果所述一個重複周期內同步脈衝的個數K越大,空間解析度和測溫 精度指標越高。
權利要求
1.一種新型數據採集器,包括A/D轉換器(2)和(3)、現場可編輯門陣列(1),其特徵在 於,所述的現場可編輯門陣列(1)連接一個延時線器件G)。
2.根據權利要求1所述的一種新型數據採集器,其特徵在於,所述的延時線器件(4)通 過通信接口和外部同步脈衝信號連接。
3.根據權利要求1所述的一種新型數據採集器,其特徵在於,所述的現場可編輯門陣 列(1)為超高速現場可編輯門陣列。
4.一種新型數據採集器處理數據的方法,其特徵在於,該數據採集器先對同一米採得 的數據進行橫向平均,再進行數據累加。
全文摘要
本發明公開了一種新型的數據採集器及其處理數據的方法,屬於光纖信號採集領域,包括A/D轉換器、現場可編輯門陣列,其特徵在於,現場可編輯門陣列連接一個延時線器件。本發明主要針對現有技術中,在利用光纖作為傳感器測量外界溫度、壓力、振動等信號時,空間解析度和測量精度不高等問題,提出利用延時線技術和橫向平均方法,通過改變同步脈衝相位偏移,等效提高採樣率,從而提高空間解析度和測量精度。
文檔編號G08C19/00GK102096995SQ20101027227
公開日2011年6月15日 申請日期2010年9月2日 優先權日2010年9月2日
發明者仝芳軒, 周正仙, 席剛, 楊斌, 皋魏 申請人:上海華魏光纖傳感技術有限公司