2008年 第5期
仪表技术与传感器
Instrum ent T echn i que and Sensor 2008 N o 5
基金项目:浙江省自然科学基金(X106872)
收稿日期:2007-07-19 收修改稿日期:2007-12-11
光纤光栅传感系统数据采集与处理技术
王晓东,王真之,叶庆卫,周 宇
(宁波大学信息科学与工程学院,浙江宁波 315211)
摘要:在光纤光栅传感系统中,运用多通道智能光纤光栅解调器采集传感信号,并采用TCP /IP 协议采集光纤光栅解调器各通道的光谱数据,经过峰值检测和温度补偿后,根据传感器的标定数据换算出对应各监测点的物理量,较好地实现了光纤光栅传感系统的数据采集与处理。并在光纤光栅反射波形的峰值检测技术中引进了指数平移钝化算法替代计算复杂度较高的高斯拟合算法,能有效地减少各种干扰因素引起的峰值波长抖动。关键词:光纤光栅传感器;数据采集;数据处理;峰值检测
中图分类号:TP212;T P274 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2008)05-0047-02
Techni ques of Data A cquisition and Processi ng i n F i ber G rati ng Sensi ng Syste m
W ANG X i ao dong ,W ANG Zhen zh,i YE Q ing w e,i ZHOU Y u
(Facu lty of I n for m ation Sc i ence and E ngi n eer i ng ,N i ngbo Un i versity ,N ingbo 315211,Ch ina)
Abstract :T echn i ques of data acquisiti on and process i ng i n fibe r g ra ti ng sensi ng sy stem were i m ple m ented by usi ng a m ulti channe l i nte lli gent opti ca l sensing i n terrogato r for sensory signa ls acqu isiti on ,w hich can ga t her spectra da ta o f each channel v i a T CP /IP pro toco ls .A fter detecting peak and compensati ng te m perature ,it can convert its cali brati on data into physical v al ue for each sensor .In peak detection techno l ogy o f fi ber grati ng reflecti on w avefor m,the pape r i n troduced i n t o the exponen ti a lw e i ghted m ov i ng average ar it h m e tic t o i nstead of G auss i an fitti ng a rith m etic that had h i ghe r co m putationa l co m plex ity ,it can reduce effi
ciently the jitter o f peak w ave l eng t h t hat caused by var i ous i nterfe rence factors .K ey word s :fi ber g ra ti ng senso rs ;data acqu i sition ;data processi ng ;peak detecti on 0 引言
目前,应用光纤光栅传感器的最主要障碍是传感信号的解调[1],理论上研究的解调方法很多,但能够实际应用的解调产品并不多,而且价格较高;由于光源带宽有限、应用中一般要求光栅的反射谱不能重叠,因此可复用光栅的数目受到限制;同时,还需要解决在复合材料中同时测量多轴向的应变,在复杂环境中识别各种环境因素引起的波长变化并且进行合理的补偿等问题。
在光纤光栅传感器的应用中,使用了s m 125智能光纤光栅解调器,该设备具有标准以太网接口和无线局域网接口,监控系统的采集客户端电脑通过TCP 协议利用Socket 接口采集各通道的光谱数据,根据各反射峰的位置偏移,结合标定数据换算出对应各监控点的物理量,再传输给监控中心服务器,可以实现基于光纤光栅传感器的远程监控。1 光纤光栅传感器典型应用系统
基于光纤光栅传感器和光纤光栅调制解调仪进行数据采集处理的监测系统如图1所示。首先在需要监测的部位布设好相应的压力、应变或气体传感器及对应的温度补偿传感器,将这些传感器通过光纤与智能光纤光栅解调仪相连,其每个通道内的传感器波段不能重叠。监控采集客户端可使用一般的工控电脑,通过Socket 接口和智能光纤光栅解调仪通信并进行
图1 典型远程监测应用系统
传感数据的采集
[2]
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在监控采集客户端电脑上配置各传感器的类型、标定波长等配置参数,对于不同的传感器,根据类型不同调用不同的数据处理模块。为了标识所布设的各种传感器,监控系统按光纤光栅调制解调仪、采集通道号和传感器波段三级进行编号,针对每个传感器还需要配置传感器类型、温度补偿传感器编号、标定波长值和计算参数等数据。监控采集客户端电脑可定时采集智能光纤光栅调制解调仪各通道的数据,然后再进行峰值监测[3]、偏移计算、温度补偿[4]和物理量换算等工作。
然后,在记录采集日志或存储采集到的原始数据的同时,将得到的监控数据存入1个发送缓存队列,通过发送调度定时将其通过通信网络发送到监控中心服务器。在有线网络可以到达的监控点,可以使用有线宽带接入进行数据传输,在有线网络无法到达的地区,可以采用CDM A 或GPRS 移动信道进行数据传输。中央服务器的接收模块收到监控数据后,根据监控点编号更新传感器的状态和数值、追加历史记录,并根据预设的阈值信息进行阈值报警,任何接入互联网的监控客户端即可在服务器上观测各监控点的情况。
