CN102096995A

CN102096995A - 新型数据采集器及其处理数据的方法

Info

Publication number: CN102096995A
Application number: CN2010102722752A
Authority: CN
Inventors: 杨斌; 皋魏; 席刚; 仝芳轩; 周正仙
Original assignee: Shanghai Boom Fiber Sensing Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Boom Fiber Sensing Technology Co Ltd
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种新型的数据采集器及其处理数据的方法，属于光纤信号采集领域，包括A/D转换器、现场可编辑门阵列，其特征在于，现场可编辑门阵列连接一个延时线器件。本发明主要针对现有技术中，在利用光纤作为传感器测量外界温度、压力、振动等信号时，空间分辨率和测量精度不高等问题，提出利用延时线技术和横向平均方法，通过改变同步脉冲相位偏移，等效提高采样率，从而提高空间分辨率和测量精度。

Description

新型数据采集器及其处理数据的方法

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，具体的说是对分布式光纤传感器的数据进行采集的技术领域。

背景技术

在分布式光纤测温系统中，空间分辨率及测温精度都是十分重要的参数，在测量温度场信息时，我们总是希望空间分辨率尽可能的小，同时又要求测温的精度尽可能的高，还需要系统具有快速的探测特性。

现有的数据采集器由A/D转换器、现场可编辑门阵列组成(FPGA)，然而，这样的数据采集器由于采样速率及处理数据能力有限，使得空间分辨率和测温精度很难得到提高。

理论上，空间分辨率是由激光脉冲宽度、数据采样率等决定的；测温精度受到诸多方面的影响，比如A/D转换器的位数，采样速率，系统信噪比等。当这些因素都确定时，现有的设计方法就很难提高系统空间分辨率和测温精度，因此也就无法满足一些要求比较高的应用场合。

发明内容

为了克服现有数据采集器的缺点和不足，本发明提供一种新型数据采集器，在FPGA上连接一个延时线器件，延时线器件通过通信接口和外部同步信号连接，采用延时线技术和同步相位控制技术，可以明显提高数据采集器所用系统的空间分辨率和测温精度。

本发明的数据采集部分采用延时线技术通过循环移位的方式来实现数据采集，所用技术方案主要体现在硬件设计和数据处理方法上。

硬件设计方面，本发明的数据采集器使用的采样时钟频率与现有的采样时钟频率相同，但是，由于同步信号可以通过设定延时线器件来延时，其结果等效于，不同阶段的同步信号，在相位上彼此相差360°/K(K为一个重复周期内同步脉冲的个数)。从长时间数据采集的角度来看，其结果相当于采样率提高了K倍，可见虽然时钟频率不变，但实际的采样率提高了K倍。延时线器件延时的时间长度是可以通过通信接口来设置的，所以可以根据不同的延时要求把同步信号延时在所需的时序上，延时时间可以比较精确设置。

数据处理方面，现有技术中，在一米范围内的信号中，采样时钟所对准信号的位置是若干个位置中的某一个固定位置，由于这个位置处的温度不能精确、全面的地代表该一米范围内的温度，那么，按照该种方法采样采集到的数据是不精确地。为了提高精确度，比较好的方法就是在一米范围内采集几个数据，然后取其平均值来作为这一米范围内的数据。

与传统的数据采集器相比，本发明的优点为：

1、采用延时线技术，通过改变同步脉冲相位偏移，等效提高采样率，从而提高了空间分辨率；

2、采用横向平均方法，提高测温精度。

3、采用超高速FPGA，提高了数据处理能力。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中当K等于3时采用的延时线技术示意图。

图3为现有采集器的数据处理方法；

图4为本发明采用的横向平均技术的数据处理方法。

具体实施方式

本发明公开了一种新型的数据采集器，下面将结合附图与具体实施方式对本发明所述的新型数据采集器做详细说明。

一种新型数据采集器，由FPGA 1，A/D转换器2，A/D转换器3和延时线器件4组成，A/D转换器2，A/D转换器3分别和FPGA 1相连，延时线器件4也和FPGA 1相连接，延时线器件4通过通信接口和外部同步信号连接。

硬件设计方面，本发明所述的数据采集器使用的采样时钟频率为100Mb/s，与现有的采样时钟频率相同，但是，由于同步信号可以通过设定延时线器件4来延时，其结果等效于，不同阶段的同步信号，在相位上彼此相差360°/K(K为一个重复周期内同步脉冲的个数)。以K＝3为例，一个重复周期内每个同步脉冲的相位相差120°，如图2所示。第一次采样，同步脉冲相位是0°，如采样1；第二次采样，同步脉冲相位偏移120°，如采样2；第三次采样，同步脉冲偏移240°，如采样3；第四次则循环回到采样1，依次类推。从长时间数据采集的角度来看，其结果相当于采样率提高了3倍，可见虽然时钟频率不变，但实际的采样率提高了3倍。延时线器件4延时的时间长度是可以通过通信接口来设置的，所以可以根据不同的延时要求把同步信号延时在所需的时序上，延时时间可以比较精确设置。

下面以K＝3为例，实现步骤：

1、采样1：设置延时线器件4，使之延时时间为0纳秒，数据采集器在接收电路产生有效信号的同时，同步脉冲信号到达数据采集器后经延时线器件4延时0ns后输入到FPGA 1，FPGA 1开始采集数据，直到本次采样点结束(达到设定的采样点数)。

2、采样2：设置延时线器件4，使之延时时间为Ts/3纳秒(Ts为采集器采样时钟周期)。数据采集器在接收电路产生有效信号的同时，同步脉冲信号到达数据采集器后经延时线器件4延时0ns后输入到FPGA 1，FPGA 1开始采集数据，直到本次采样点结束(达到设定的采样点数)。

3、采样3：设置延时线器件，使之延时时间为2*Ts/K纳秒(Ts为采集器采样时钟周期)，数据采集器在接收电路产生有效信号的同时，同步脉冲信号到达数据采集器后经延时线器件4延时0ns后输入到FPGA 1，FPGA 1开始采集数据，直到本次采样点结束(达到设定的采样点数)。循环次数加1。

数据处理方面，观察图3所示的原始采样，注意到一米范围内的信号，采样时钟所对准信号的位置是若干个位置中的某一个，所以按原始采样采集到的数据是不精确的，为了提高精确度，比较好的方法就是在一米范围内采集若干个个数据，然后取其平均值来做为这一米范围内的数据。本实例选择采集3个数据，处理如图3和图4所示。

数据累加功能。在光纤传感应用中，由于散射信号十分微弱，完全被淹没在噪声中，系统需要采用弱信号检测方法，从噪声中提取待测信号。因此，为提高信噪比，后续信号处理采用数字平均的方法，即将一次测量的N点数据依次存储到内存单元中，将下一次测量的N点数据与内存对应单元的数据相加，再放回原内存单元，依次循环M次，然后对各单元求平均。

以空间分辨率为1m，K＝3为例，说明发明数据采集器的数据累加处理方法，如下：

1，首先对同一米内的数据进行横向平均；

2，对1的结果进行数据求和累加。

进一步的，如果所述一个重复周期内同步脉冲的个数K越大，空间分辨率和测温精度指标越高。

Claims

1.一种新型数据采集器，包括A/D转换器(2)和(3)、现场可编辑门阵列(1)，其特征在于，所述的现场可编辑门阵列(1)连接一个延时线器件(4)。

2.根据权利要求1所述的一种新型数据采集器，其特征在于，所述的延时线器件(4)通过通信接口和外部同步脉冲信号连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型数据采集器，其特征在于，所述的现场可编辑门阵列(1)为超高速现场可编辑门阵列。

4.一种新型数据采集器处理数据的方法，其特征在于，该数据采集器先对同一米采得的数据进行横向平均，再进行数据累加。