一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，包括：在利用濾波器模板對分布式溫度傳感器測量的連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理之前，對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣檢測；在邊緣檢測結(jié)果為溫度突變處時(shí)，濾波器模板在進(jìn)行平滑濾波時(shí)跳過此邊緣。本發(fā)明專利技術(shù)通過在對分布式光纖溫度傳感器測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波處理之前，先對溫度數(shù)據(jù)中的邊緣進(jìn)行檢測，然后在平滑濾波時(shí)跳過每個(gè)邊緣。這就避免了對邊緣位置使用平滑時(shí)，使得邊緣位置變得平緩，從而降低了系統(tǒng)的空間定位精準(zhǔn)度和測溫的精準(zhǔn)度。

Data processing method of distributed optical fiber temperature sensor

The invention discloses a distributed optical fiber temperature sensor data processing method, which belongs to the technical field of the sensor, including: before filtering using the filter template in continuous temperature data of distributed temperature sensor, the temperature data of continuous edge detection; edge detection results for the temperature mutation, in smoothing filter template skip the edge. The method detects the edges in the temperature data before smoothing filtering processing the data measured by the distributed optical fiber temperature sensor, and then skips each edge in smoothing filtering. This avoids the use of the edge position to smooth the edge position, thereby reducing the accuracy of space positioning and the accuracy of temperature measurement.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法
本專利技術(shù)涉及傳感器
，特別涉及一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法。
技術(shù)介紹
分布式光纖溫度傳感器是一種實(shí)時(shí)連續(xù)測量沿光纖方向溫度場分布的技術(shù)，該技術(shù)大多采用光纖中的拉曼背向散射光強(qiáng)對溫度的敏感來實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。但是由于拉曼散射光非常微弱，目前，普遍采用累加平均的方法來提供高信噪比，理論上可以認(rèn)為，只要進(jìn)行足夠多的平均次數(shù)，總能夠使噪聲水平控制在可接受的范圍內(nèi)。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于溫度測量的實(shí)時(shí)性對于分布式光纖傳感來說也是一個(gè)重要的參數(shù)，在平均次數(shù)過多的情況下，溫度測量的實(shí)時(shí)性也會變差。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，一般通過信號累加平均和信號濾波相結(jié)合的方式來提高整個(gè)系統(tǒng)的信噪比。一般對于數(shù)字信號來說，經(jīng)典的濾波方法包括：傅立葉變換濾波、短時(shí)傅立葉變換濾波、小波變換濾波和平滑濾波等。對于分布式傳感，目前廣泛使用的只有頻域中的小波變換濾波而不采用空域中的平滑濾波。因?yàn)榭沼蛑械钠交瑸V波雖然能夠有效的去除噪聲的影響，但是具有降低分布式溫度數(shù)據(jù)中包含的空間分辨率、增加部分溫度數(shù)據(jù)的測量誤差這些較為嚴(yán)重的缺陷。但是，長期的實(shí)踐表明，雖然數(shù)字信號在頻域中的小波變換濾波方法能有效的改善系統(tǒng)的信噪比，但是該方法也存在一些明顯的缺陷：一是，該方法需要針對不同性能的傳感器進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)及運(yùn)算過程相對復(fù)雜。二是，該方法難以在嵌入式系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的相關(guān)硬件中實(shí)現(xiàn)，其應(yīng)用受到了極大的限制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法，以保證在不降低系統(tǒng)定位精確度和測溫精確度的條件下簡單的實(shí)現(xiàn)平滑濾波。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：提供一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法，包括：在利用濾波器模板對分布式溫度傳感器測量的連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理之前，對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣檢測；在邊緣檢測結(jié)果為溫度突變處時(shí)，濾波器模板在進(jìn)行平滑濾波時(shí)跳過此邊緣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)存在以下技術(shù)效果：本專利技術(shù)通過在對分布式光纖溫度傳感器測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波處理之前，先對溫度數(shù)據(jù)中的邊緣進(jìn)行檢測，然后在平滑濾波時(shí)跳過每個(gè)邊緣。這就避免了對邊緣位置使用平滑時(shí)，使得邊緣位置變得平緩，從而降低了系統(tǒng)的空間定位精準(zhǔn)度和測溫的精準(zhǔn)度。附圖說明圖1是本專利技術(shù)一實(shí)施例提供的一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法的流程示意圖；圖2是本專利技術(shù)一實(shí)施例中利用濾波器模板進(jìn)行空間濾波的示意圖；圖3是本專利技術(shù)一實(shí)施例中的濾波器模板示意圖；圖4是本專利技術(shù)一實(shí)施例中利用現(xiàn)有平滑濾波方法對溫度測量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的實(shí)際效果圖；圖5是本專利技術(shù)一實(shí)施例中利用改進(jìn)后的平滑濾波方法對溫度測量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的實(shí)際效果圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合圖1至圖5所示，對本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)敘述。如圖1所示，本實(shí)施例公開了一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法，該方法包括如下步驟S1至S2：S1、在利用濾波器模板對分布式溫度傳感器測量的連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理之前，對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣檢測；S2、在邊緣檢測結(jié)果為溫度突變處時(shí)，濾波器模板在進(jìn)行平滑濾波時(shí)跳過此邊緣。進(jìn)一步地，在步驟S1中，對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣檢測，具體包括如下步驟：對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)中的相鄰不同溫度點(diǎn)進(jìn)行做差處理；當(dāng)存在至少兩個(gè)連續(xù)相鄰不同溫度點(diǎn)之間的差值的絕對值均大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則判斷該至少兩個(gè)連續(xù)相鄰不同溫度點(diǎn)之間為溫度突變處。其中，在實(shí)際應(yīng)用中，濾波器模板是采用自由游走的方式，也就是說模板的游走方式是不受限制的。如果分布式光纖溫度傳感器連續(xù)測量的兩個(gè)不同溫度區(qū)域時(shí)，必然會在溫度分布圖中有一個(gè)溫度上升沿或者溫度下降沿，溫度上升沿或者溫度下降沿稱為溫度突變處。而本實(shí)施例中在采用濾波器模板進(jìn)行平滑濾波時(shí)，跳過這個(gè)溫度上升沿或者下降沿，因此，能夠保留溫度信號的上升沿和下降沿的大小不變，提高了平滑濾波后的溫度數(shù)據(jù)的真實(shí)性。進(jìn)一步地，本實(shí)施例中的邊緣檢測方法包括但不限于作差法。比如本實(shí)施例中進(jìn)行邊緣檢測的方法還可以為對兩個(gè)連續(xù)相鄰不同溫度點(diǎn)間的曲線做微分求導(dǎo)，然后根據(jù)邊緣斜率的大小判斷此處是否為溫度突變處。其中，當(dāng)斜率趨于零時(shí)，該兩個(gè)連續(xù)相鄰不同溫度點(diǎn)之間不存在上升沿或者下降沿。在斜率大于零或者小于零時(shí)，該兩個(gè)連續(xù)相鄰不同溫度點(diǎn)之間存在上升沿或者下降沿。因此，本實(shí)施例只要保護(hù)的是在平滑濾之前對溫度數(shù)據(jù)中的邊緣進(jìn)行檢測的思想，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況采用不同的邊緣檢測方法。進(jìn)一步地，在步驟S2之前，還包括：判斷邊緣檢測結(jié)果是否為溫度突變處，如果是，則執(zhí)行步驟S2；如果否，則利用濾波器模板對此邊緣進(jìn)行平滑濾波。需要說明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，溫度數(shù)據(jù)中的噪聲信號本身就是無規(guī)律變化的，噪聲信號之間也可能存在信號突變。因此，需要對邊緣檢測結(jié)果進(jìn)行判斷識別，以區(qū)分當(dāng)前檢測到的信號突變是溫度信號突變還是噪聲信號突變。進(jìn)一步地，判斷邊緣檢測的結(jié)果是否為溫度突變處，具體包括：將邊緣檢測結(jié)果與預(yù)設(shè)的精度閾值進(jìn)行比較；在邊緣檢測結(jié)果大于精度閾值時(shí)，則此邊緣為溫度突變處；在邊緣檢測結(jié)果小于或等于精度閾值時(shí)，則此邊緣為噪聲突變處。其中，本實(shí)施例中預(yù)設(shè)的精度閾值是一個(gè)用來與邊緣檢測結(jié)果進(jìn)行比較的值，本實(shí)施例中預(yù)設(shè)的精度閾值的具體指為0.8。進(jìn)一步地，上述的步驟S2中，還包括，在兩個(gè)連續(xù)相鄰溫度點(diǎn)之間不存在上升沿或者下降沿時(shí)，采用濾波器模板對連續(xù)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波處理。具體器，在分布式溫度數(shù)據(jù)中模板就像一個(gè)小標(biāo)尺，標(biāo)尺的刻度可以有3個(gè)、5個(gè)或者更大，刻度的間距對應(yīng)分布式溫度數(shù)據(jù)中的兩點(diǎn)間距，平滑的過程是將分布式溫度數(shù)據(jù)中的某個(gè)值用其相鄰的值進(jìn)行改變，具體步驟為：(1)將模板在分布式溫度數(shù)據(jù)中漫游，并將尺子的中心與分布式溫度中的某個(gè)數(shù)據(jù)重合；(2)將模板中的各個(gè)系數(shù)與對應(yīng)的數(shù)據(jù)值相乘，系數(shù)均在[0，1]范圍內(nèi)且系數(shù)的和為1；(3)將所有的乘積累加；(4)將上述的累加結(jié)果賦值給模板中心位置的數(shù)據(jù)。如圖2所示，圖a是分布式光纖溫度傳感器測量的一部分連續(xù)數(shù)據(jù)，將圖b是一個(gè)刻度為5的模板，模板系數(shù)在模板內(nèi)標(biāo)出，如果將k0所在的位置與分布式溫度數(shù)據(jù)T5重合，如圖c所示：那么模板中對數(shù)據(jù)處理后輸出的結(jié)果為：R＝k0T5+k1T6+k2T4+k3T3+k4T7；將R取代T5的數(shù)據(jù)就完成了該溫度數(shù)據(jù)的濾波，同樣對原始溫度數(shù)據(jù)中的每個(gè)數(shù)據(jù)都按照這種方式進(jìn)行處理，就可以實(shí)現(xiàn)對所有溫度數(shù)據(jù)的平滑濾波。進(jìn)一步地，將采用現(xiàn)行平滑濾波方法對分布式溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的效果與采用本實(shí)施例公開的平滑濾波方法對分布式溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的效果進(jìn)行比較如下：圖4為采用現(xiàn)行平滑濾波方法，利用圖3所示的濾波器模板對一次恒溫箱溫度測量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的效果圖，從圖4中可以看出，這種方法對溫度數(shù)據(jù)起到了很好的平滑作用，但是同時(shí)使得溫度數(shù)據(jù)的上升沿和下降沿變得平緩，間接的影響了分布式溫度傳感系統(tǒng)的空間分辨率，同時(shí)使得上升沿和下降沿附近的溫度測量結(jié)果誤差變大。圖5為采用本實(shí)施例公開的方法對分布式溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后的效果圖，從圖中可以看出，該方法不僅能對溫度數(shù)據(jù)起到很好的平滑作用，還能保留溫度信號在上升沿和下降沿的大小不變，保證了分布式溫度傳感系統(tǒng)的空間分辨率和溫度測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。以上所述僅為本專利技術(shù)的較佳實(shí)施例，并不用以限制本專利技術(shù)，凡在本專利技術(shù)的精神和原則本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括：S1、在利用濾波器模板對分布式溫度傳感器測量的連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理之前，對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣檢測；S2、在邊緣檢測結(jié)果為溫度突變處時(shí)，濾波器模板在進(jìn)行平滑濾波時(shí)跳過此邊緣。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種分布式光纖溫度傳感器數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括：S1、在利用濾波器模板對分布式溫度傳感器測量的連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理之前，對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣檢測；S2、在邊緣檢測結(jié)果為溫度突變處時(shí)，濾波器模板在進(jìn)行平滑濾波時(shí)跳過此邊緣。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S1中的對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邊緣檢測，具體包括：對連續(xù)溫度數(shù)據(jù)中的相鄰不同溫度點(diǎn)進(jìn)行做差處理；當(dāng)存在至少兩個(gè)連續(xù)相鄰不同溫度點(diǎn)之間的差值的絕對值均大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則判斷該至少...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：湯玉泉，李俊，龐濤，楊爽，董鳳忠，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽,34