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全分布式光纤测温技术是20世纪70年代发展起来的一种新型传感技术。由于光纤温度传感器具有本征绝缘、抗电磁干扰、耐辐射、信号衰减小、集信息传感与传输于一体和分布式传感的特性等,使得其一经问世便得到了强烈关注,特别适合于易燃易爆、高危险特种行业安全生产检测的需要。 然而在全分布式光纤测温系统中,携带有温度信息的后向拉曼散射信号十分微弱,几乎完全湮没在噪声中,成为制约该项技术发展的一个瓶颈。如何有效地消除Stokes与Anti-Stokes信号中的噪声成为系统设计成败的关键。 传统上一般采用小波变换、时域叠加等算法来抑制噪声,提高信噪比,并取得了一定的效果。但这种方法最突出的问题是系统资源占用大、处理速度慢,不能应用于高速采集的场合,在相当程度上限制了系统的温度分辨率和采样时间。 本设计提出了一种“硬采集、硬处理”的思路来实现微弱信号的提取,即以FPGA为平台,采用二级流水线结构设计了累加平均滤波器。经测试达到了良好的去噪声效果,并具有处理速度快、资源占用少等优点,克服了传统软件算法信号处理方面的不足。 在对全分布式光纤测温系统进行深入研究的基础上,所做的主要工作如下: (1)介绍了全分布式光纤拉曼温度传感器国内外研究现状及发展趋势,在深入研究光纤拉曼测温理论的基础上,确定了光纤测温系统的解调方法。 (2)通过研究系统各部分对温度传感器精度、性能的影响,确定了所选用器件的型号及参数。 (3)在硬件方面,设计了以半导体激光二极管为核心的脉冲激光模块。通过比对各种光采集器件的性能,设计了以APD(雪崩二极管)为检测元件的光信号采集电路,实现了对所采集信号的滤波、放大及峰值保持,以最大限度的减小APD采集模块的偏差,消除干扰。 (4)在参考并比较传统的采集数据硬件滤波方法后,本文基于FPGA,采用二级流水线结构重点设计了的线性累加平均滤波器,来消除被检测信号的白噪声,提高信噪比。 (5)在软件方面,以VC++6.0为平台,编写了基于高速数据采集卡的数据采集及处理程序。 (6)对累加平均滤波系统的滤波效果进行了测试,结果表明,随着累加次数的增加,对噪声的抑制效果越来越明显,在累加次数超过1000次时,基本已无噪声干扰。随后在没有对系统作优化的情况下,初步测试了系统的测温精度和空间分辨率,均满足了较高的实用要求。