本发明专利技术公开了一种用于光纤振动测量系统的实时数据采集与信号预处理设备及其方法，所述设备包括同步脉冲发生器、光电模块、模数转换器、FPGA、第一DDR存储器、第二DDR存储器和高性能工业计算机，其特征在于：所述同步脉冲发生器分别连接所述光电模块和FPGA，所述光电模块连接所述模数转换器，所述模数转换器连接所述FPGA，所述FPGA分别连接所述第一DDR存储器、第二DDR存储器和高性能工业计算机。其优点在于：利用FPGA具有高效的并行处理能力和高效流水线技术特点，采用乒乓机制对光纤振动测量系统进行数据采集和预处理，有效地解决了系统实时性问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及周界安防领域，特别涉及一种。
技术介绍
目前，应用于周界报警的安防系统主要包括微波报警系统、主动红外报警系统、泄露电缆周界报警系统、静电感应周界报警系统以及摄像机视频识别系统等。上述传统的周界报警系统应用在长距离条件下的监控时，存在很多问题。例如微波报警系统或主动红外报警系统等监控方式只能适用于视距及平坦区域，受地形的高低、曲折、转弯、折弯等环境因素影响很大，而且它们不适合恶劣气候，易受自然气候影响，准确率也较低。同时由于传感器单元一般是有源的，所以在长距离监测的情况下，难以解决野外供电的问题，传感器单元的寿命也较短，在长时间连续使用的情况下，设备的维护成本也较高。因此，长距离可定位的周界报警系统作为全新的安防设备，具有明显的优势。报警系统分为室外监控光缆和综合处理设备两部分。综合处理设备位于监控室机房内，按功能来划分，可以由光源、光路输出模块、光电转换电路、模数转换模块、数字信号处理模块及报警模块组成。其工作过程为光源在光源驱动电路的控制下，发出的光经光路输出模块处理后进入室外监控光缆；室外监控光缆返回的光到达光电转换电路之后，经模数转换和数字信号处理模块进行处理；之后进行分析并识别出扰动信号，然后再根据对扰动信号的分析结果进行相应的报警操作。现有技术中，采用市面上成熟的采集卡，把经模数转换和数字信号处理模块处理过的数据采集到工业计算机上，利用工业计算机进行处理。这类采集卡功能单一，仅仅完成数据采集功能，没有预处理功能。另外，工业计算机处理采用软件处理方法，这种方案的优点是算法移植简单，开发难度较低，缺点是由于数据量大，算法比较复杂，很难实时实现，存在数据丢失问题。但是，如果数据处理全部用硬件实现，开发难度大，周期长。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种用于光纤振动测量系统的实时数据采集与信号预处理设备，用以实现实时数据采集和预处理功能，达到实时分析的目的。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案用于光纤振动测量系统的实时数据采集与信号预处理设备，包括同步脉冲发生器、光电模块、模数转换器、FPGA、第一 DDR存储器、第二 DDR存储器和高性能工业计算机，其特征在于所述同步脉冲发生器分别连接所述光电模块和FPGA，所述光电模块连接所述模数转换器，所述模数转换器连接所述FPGA，所述FPGA分别连接所述第一 DDR存储器、第二 DDR存储器和高性能工业计算机。所述同步脉冲发生器，用以产生具有一定重复频率的一定脉宽的同步脉冲信号，用来同步光电模块和FPGA (即数据采集控制器)，从而使得系统采集到光电模块产生的有效信号。所述重复频率可以设置。所述光电模块，用以产生激光发射和激光干涉接收。当所述同步脉冲发生器产生脉冲时，光电模块发射激光，同时接收激光干涉光，并将其转换成电信号输出到模数转换器的输入端；当所述同步脉冲发生器的脉冲结束时，光电模块停止发射激光，干涉光则延时一段时间后结束，延时时间与系统探测距离有关。所述模数转换器，其功能是完成模拟电信号到数字电信号的转换。所述FPGA，其功能是完成数据采集、数据缓存、数据预处理、数据输出等功能。所述第一 DDR存储器和第二 DDR存储器，其功能是缓存数据。所述高性能工业计算机，其功能是用于数据处理和分析。进一步地，FPGA内部设计为由数据采集控制单元、第一存储器控制单元、第二存储器控制单元、第一 FFT处理单元、第二 FFT处理单元、预处理数据控制单元、FIFO存储器和 PCIE接口控制器组成，所述的数据采集控制单元分别连接同步脉冲发生器、模数转换器、第一存储器控制单元、第二存储器控制单元和预处理数据控制单元，所述第一存储控制器单元连接所述第一 DDR存储器，所述第二存储控制器单元连接所述第二 DDR存储器，所述预处理数据控制单元分别连接第一 FFT处理单元、第二 FFT处理单元和FIFO存储器，所述FIFO 存储器连接PCIE接口控制器，所述PCIE接口控制器连接高性能工业计算机。所述数据采集控制单元，其功能是用来控制数据采集流程，切换数据缓存通道、控制数据数据输出通道切换。所述第一存储器控制单元，其功能是用来对第一 DDR存储器读写控制以及对所述第一 FFT处理单元数据输入控制。所述第二存储器控制单元，其功能是用来对第二 DDR存储器读写控制以及对所述第二 FFT处理单元数据输入控制。所述第一 FFT处理单元和第二 FFT处理单元，其功能是对输入数据序列进行FFT 变换。所述预处理数据控制单元，其功能是控制第一 FFT处理单元和第二 FFT处理单元数据输出流程，使得两个单元的数据能够顺畅的输出而不产生冲突。所述FIFO存储器，其功能是用来缓存第一 FFT处理单元和第二 FFT处理单元输出的数据，实现数据先进先出的作用。所述PCIE接口控制器，其功能是实现PCIE总线接口控制。本专利技术一种用于光纤振动测量系统的实时数据采集与信号预处理设备，通过如下步骤实现实时数据的采集和预处理，达到实时分析的目的第一步，同步脉冲发生器产生具有一定脉冲宽度和重复频率的同步信号；第二步，当同步信号产生时，光电模块发射脉冲激光，同时接收到有效的激光干涉信号并将其转换成有效的电压信号；第三步，模数转换器把电压信号转换成数字信号；第四步，FPGA采集模数转换器输出的数字信号，并完成缓存(即数据存入第一 DDR存储器或第二 DDR存储器)、数据重排列、FFT变换、最后经PCIE总线输出；第五步，高性能工业计算机接收FPGA经PCIE总线发来的数据，进行后续算法处理和数据分析。由于本系统数据量大，数据采样率高，为了达到实时信号采集和处理的目的，在上述第四步采用乒乓数据缓存和预处理的方式，其原理为假定系统采集M条长度为N的曲线数据，组成一个MXN的二维数组，即MXN的矩阵；例如，当系统探测长度为50km时，取 MXN=512x50000 ;然后对采集到的MXN 二维数组进行矩阵转置，得到MXN的数组；对转换好的这个二维数组的每一行进行FFT变换，然后进行分析；这样就可以对系统探测距离范围内的每一个位置进行分析。由于系统需要实时采集数据和处理，因此采用乒乓数据采集和处理方式；但矩阵转置和FFT比较耗时，对于计算机这种多任务系统来说，处理能力十分有限；另一方面，矩阵转置和FFT适合流水线处理方式，而FPGA具有高效的并行处理能力和高效流水线技术，因此这部分数据处理采用FPGA来处理比较合适。具体实现过程如下第41步，(I)当FPGA接收到同步脉冲信号时，数据采集控制单元开始采集一组数据(数据长度为N，例如N=50，000)，并通过第一存储器控制单元把数据存入第一 DDR存储器；(2)对同步脉冲信号产生的次数K进行计数；(3)当同步脉冲信号产生次数K达到系统设定的阈值M(如M=512)时，此时，第一DDR 存储器已经存储了一个二维数组，包含MXN个数据；这时，对同步脉冲信号产生次数K清零，转入第42步；第42步，并行执行以下功能(1)当FPGA接收到同步脉冲信号时，数据采集控制单元开始采集一组数据(数据长度为N，例如N=50，000)，并通过第二存储器控制单元把数据存入第二 DDR存储器；(2)第一存储器控制单元从第一DDR存储器中存储的二维数组按列的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于光纤振动测量系统的实时数据采集与信号预处理设备，包括同步脉冲发生器、光电模块、模数转换器、FPGA、第一DDR存储器、第二DDR存储器和高性能工业计算机，其特征在于：所述同步脉冲发生器分别连接所述光电模块和FPGA?，所述光电模块连接所述模数转换器，所述模数转换器连接所述FPGA，所述FPGA分别连接所述第一DDR存储器、第二DDR存储器和高性能工业计算机。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄正，
申请(专利权)人：上海华魏光纤传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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