關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的光纖傳感器故障辨識(shí)

摘要：故障識(shí)別的精確度與光纖傳感器的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值有著直接的關(guān)系，要改善光纖傳感器的故障辨識(shí)度，可以借助數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)完成，通過(guò)合成外差算法的數(shù)組信號(hào)并及逆行線性的向量分析，當(dāng)計(jì)算出的數(shù)字信號(hào)值以及信號(hào)方差比光纖傳感器的預(yù)定值要小，就可能存在故障問(wèn)題。闡述數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)下光纖傳感器的故障判別基本原理，分析能夠提高故障識(shí)別能力的可能性，提出具有針對(duì)性的建議，從而有效提高光纖傳感器的相關(guān)性能。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào);處理技術(shù);光纖傳感器;故障辨識(shí)

引言：

當(dāng)前科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖傳感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，例如工業(yè)、探測(cè)以及軍事中，當(dāng)使用傳感器時(shí)因故障發(fā)生在傳感器內(nèi)部，因而也成為了當(dāng)前工作人員的研究重點(diǎn)，采取何種技術(shù)手段才能更高效準(zhǔn)確地將故障更好的辨識(shí)出來(lái)。較于傳統(tǒng)的辨識(shí)技術(shù)手段，通常是通過(guò)特征和診斷結(jié)果來(lái)達(dá)到辨識(shí)的目的，環(huán)節(jié)相對(duì)繁瑣，而數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)則具有一定的優(yōu)越性。

一、光纖傳感器系統(tǒng)的運(yùn)行原理

光纖傳感器主要是將被測(cè)的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)，內(nèi)部的主要構(gòu)件有敏感元件、光纖以及信號(hào)處理器等等零小部件構(gòu)成的，當(dāng)發(fā)出的光耦合混入大光纖，再?gòu)墓饫w進(jìn)入到調(diào)制區(qū)之州，因區(qū)內(nèi)有設(shè)備測(cè)量的影響，在一定程度上能夠使得光性質(zhì)產(chǎn)生變化，例如光的波長(zhǎng)、頻率等等性質(zhì)會(huì)跟原始的不一樣，從而變成了調(diào)制光信號(hào)，通過(guò)光纖進(jìn)入到檢測(cè)器中，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換之后形成電信號(hào)，最終由信號(hào)處理系統(tǒng)來(lái)處理分析并得到電信號(hào)的有關(guān)參數(shù)。如今光纖傳感器幾乎應(yīng)用到社會(huì)生活的方方面面，尤其是在工業(yè)企業(yè)的各類(lèi)參數(shù)的測(cè)量上發(fā)揮了巨大的作用，將光纖傳感器自身所具有的各種優(yōu)勢(shì)，例如測(cè)量精確度高，設(shè)備體型較小等等優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)未來(lái)自動(dòng)化社會(huì)的發(fā)展提供的強(qiáng)大的支撐力量，加上科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，更有利于我國(guó)企業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)的目標(biāo)，拓寬氣壓的發(fā)展前景[1]。

二、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)下的光纖傳感器故障識(shí)別主要原理

對(duì)光纖傳感器故障判別的主要原理是通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)獲取光纖傳感器在運(yùn)行時(shí)發(fā)出的工作信號(hào)，并且結(jié)合最先的光纖傳感器來(lái)獲取大量的信號(hào)噪音數(shù)據(jù)，之后從光纖傳感器的信號(hào)里提煉出有用的數(shù)據(jù)內(nèi)容，選擇合適的技術(shù)算法來(lái)對(duì)光纖傳感器的故障進(jìn)行針對(duì)性分析和辨識(shí)。提取出針對(duì)性的內(nèi)容之后，借助向量特征和主要的故障類(lèi)型來(lái)進(jìn)行比對(duì)分析，再使用相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)形成完整的光纖傳感器故障辨識(shí)機(jī)制，逐漸優(yōu)化故障辨識(shí)程序。故障識(shí)別流程主要是采取合成外差算法對(duì)光纖傳感器中被測(cè)數(shù)字的信號(hào)之后，對(duì)數(shù)字信號(hào)使用線性向量的分析方法獲得新的數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)它們的最小方差值來(lái)判斷數(shù)字信號(hào)是否平穩(wěn)，如果最小方差值比光纖傳感器的預(yù)期值要小，則就證明了光纖傳感器是正常運(yùn)行的狀態(tài)，相反，如果是大于光纖傳感器的預(yù)期值則說(shuō)明是存在故障問(wèn)題的，如圖所示[2]。

三、優(yōu)化光纖傳感器故障辨識(shí)性能的原因

雖然數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)能夠有效地辨識(shí)光纖傳感器中的問(wèn)題故障，但是在實(shí)際的識(shí)別過(guò)程中因?yàn)樽R(shí)別的過(guò)程耗費(fèi)時(shí)間較久，一些相對(duì)較為復(fù)雜的光纖傳感器故障問(wèn)題就無(wú)法充分應(yīng)用。從當(dāng)前的故障辨識(shí)的技術(shù)手段來(lái)看，基本都是自動(dòng)辨識(shí)技術(shù)，也就只有兩種類(lèi)型，一種是傳統(tǒng)的管線傳感器的辨識(shí)技術(shù)手段，另一種是現(xiàn)代的光纖傳感器的辨識(shí)技術(shù)手段。傳統(tǒng)的光纖傳感器技術(shù)主要是運(yùn)用K最近鄰算法等方法，可以對(duì)光纖傳感器中的回聲、網(wǎng)絡(luò)等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析獲得具體的故障內(nèi)容信息，從而能夠?qū)崿F(xiàn)最終的辨識(shí)質(zhì)量。而數(shù)字信息處理技術(shù)較于傳統(tǒng)的辨識(shí)技術(shù)具有更高的精確性，它能夠獲得更多的質(zhì)量較高的信號(hào)，準(zhǔn)確辨識(shí)光纖傳感器的故障問(wèn)題。除此之外，要想進(jìn)一步提升故障辨識(shí)度，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的故障辨識(shí)模型來(lái)完成，比如可以通過(guò)Matlab模型來(lái)對(duì)故障進(jìn)行有效辨識(shí)，不僅能順利開(kāi)展測(cè)試試驗(yàn)，還能夠凸顯該技術(shù)在光纖傳感器的故障辨識(shí)過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)[3]。

四、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在光纖傳感器故障辨識(shí)中的具體應(yīng)用

（一）有效獲取狀態(tài)信號(hào)

利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)能夠盡量多的收集信息數(shù)據(jù)，把原始的信息轉(zhuǎn)化為具有數(shù)字的動(dòng)態(tài)信息，深入分析原來(lái)的光纖傳感器的工作狀態(tài)和過(guò)程，以及利用技術(shù)方法來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行消除噪聲處理，還能夠運(yùn)用雙曲波的信息轉(zhuǎn)化技術(shù)來(lái)達(dá)到數(shù)據(jù)資料的高質(zhì)量，首先把原光纖傳感器所輸出的模擬信息轉(zhuǎn)化為后來(lái)的數(shù)據(jù)信息，然后再對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行降噪處理，最后可以得到高質(zhì)量有效的信號(hào)信息。

（二）構(gòu)建故障識(shí)別器

另外還要建立專(zhuān)門(mén)的光纖傳感器故障的辨識(shí)設(shè)備，該設(shè)備中要設(shè)備光纖傳感器故障的輸入與輸出模塊，實(shí)現(xiàn)信息的有效交換。根據(jù)光纖傳感器的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)創(chuàng)建相應(yīng)的故障辨識(shí)模型，再運(yùn)用Matlab模型來(lái)輔助驗(yàn)證和分析得到結(jié)果，進(jìn)一步明確光纖傳感器運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，分別對(duì)光纖的電機(jī)、鏈路等問(wèn)題故障進(jìn)行深入分析。一般情況下，Matlab模型能夠最大程度地避免光纖傳感器識(shí)別度過(guò)高的缺陷。設(shè)置專(zhuān)門(mén)的光纖傳感器故障辨識(shí)設(shè)備能夠有效分析識(shí)別效率，彌補(bǔ)了創(chuàng)痛光纖傳感器在識(shí)別過(guò)程中耗費(fèi)太多的時(shí)間的缺點(diǎn)，幫助技術(shù)人員節(jié)省了大量的時(shí)間，提高了效率。另外，還可通過(guò)分析干擾光纖傳感器的噪聲來(lái)確定光纖傳感器的故障，因?yàn)楦蓴_光纖傳感器的噪聲主要是由高頻噪聲和相位噪聲所構(gòu)成，其中相位噪聲大部分由于周邊變換的環(huán)境所引起的，而集成電路中的設(shè)備運(yùn)行時(shí)造成經(jīng)過(guò)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)中夾雜噪聲，這一類(lèi)噪聲就是高頻噪音。而如果光纖傳感器中沒(méi)有產(chǎn)生高頻噪聲的通信頻帶，可利用帶通濾波器來(lái)進(jìn)行消噪[4]。

五、結(jié)束語(yǔ)

以數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)建立光纖傳感器Matlab的故障識(shí)別模式，利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和仿真技術(shù)來(lái)收集大量的工作狀態(tài)信息，同時(shí)對(duì)信號(hào)內(nèi)的雜音噪聲信息加以去除之后，從而獲取品質(zhì)良好的信息。通過(guò)這一信號(hào)可以更有效確定光纖傳感器的故障情況和種類(lèi)，同時(shí)可以根據(jù)光纖傳感辨識(shí)器的故障特性來(lái)減少故障量。在后期工作中要注重優(yōu)化光纖傳感器的故障識(shí)別結(jié)構(gòu)，以提高故障識(shí)別準(zhǔn)確度，從而獲取更精確的數(shù)據(jù)信息資源。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)均，周煌輝.數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新科技，2021（9）：149-150.

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[3]徐高魁，王曉艷.針對(duì)光纖傳感器的雙向耦合效應(yīng)研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2021（4）：79-80.

[4]馮飛，秦麗.分布式以及準(zhǔn)分布式光纖傳感器研究進(jìn)展[J].光通信技術(shù)，2021，45（3）：10-14.

作者簡(jiǎn)介：方玄，1984，男，江蘇江陰，工程師，碩士，研究方向：光纖傳感。