分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)大傳感數(shù)據(jù)流時(shí)間周期壓縮與傳送技術(shù)*

黃新銳，王廣禎，侍海峰，王 爍，葉紅亮，潘 超，孫小菡

（東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，南京210096）

分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)大傳感數(shù)據(jù)流時(shí)間周期壓縮與傳送技術(shù)*

黃新銳，王廣禎，侍海峰，王 爍，葉紅亮，潘 超，孫小菡*

（東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，南京210096）

針對(duì)分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)的大傳感數(shù)據(jù)流，提出一種時(shí)間周期壓縮與傳送技術(shù)，采用擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊對(duì)擾動(dòng)脈沖特征值進(jìn)行同步提取，并將無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)剔除，大大壓縮了數(shù)據(jù)量；同時(shí)為了便于數(shù)據(jù)區(qū)分，采用復(fù)用的方法對(duì)特征值進(jìn)行編碼與成幀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的數(shù)據(jù)壓縮與傳送方法能夠有效的獲取外界擾動(dòng)事件的位置和強(qiáng)度信息，且當(dāng)同一時(shí)間僅有一處擾動(dòng)事件發(fā)生的情況下，本文的數(shù)據(jù)壓縮率僅為0.96‰。相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送方法，本文大大減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，減輕了通信接口和上位機(jī)軟件的負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)的傳感靈敏度和響應(yīng)速度都得到顯著提高。

分布式光纖振動(dòng)傳感；數(shù)據(jù)壓縮；數(shù)據(jù)編碼與成幀；現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列

分布式光纖振動(dòng)傳感技術(shù)克服了點(diǎn)式傳感器的不足，具有連續(xù)傳感、損耗低、體積小、抗輻射、耐腐蝕等眾多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于周界安防、石油管道檢測(cè)等工程領(lǐng)域［1-3］。工程技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ψ植际焦饫w振動(dòng)傳感系統(tǒng)的傳感靈敏度、響應(yīng)速度、定位精度和漏報(bào)率等技術(shù)指標(biāo)的要求越來(lái)越高，導(dǎo)致系統(tǒng)的傳感數(shù)據(jù)流越來(lái)越龐大，而大數(shù)據(jù)流的壓縮與傳送技術(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能都起著關(guān)鍵作用［4-6］。

目前，分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)大傳感數(shù)據(jù)流傳送技術(shù)大都比較單一，多采用下位機(jī)數(shù)據(jù)采集、上位機(jī)信號(hào)處理串行工作的方式，即處理器對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行采樣和存儲(chǔ)，接著將采集的數(shù)字信號(hào)通過(guò)高速接口傳送至上位機(jī)，由上位機(jī)對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理。這種數(shù)據(jù)傳送方式雖滿足系統(tǒng)的一般需求，在性能要求不高的場(chǎng)合得到廣泛采用。但它具有系統(tǒng)掃描頻率低、傳感效率低和上位機(jī)數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)重等缺點(diǎn)，導(dǎo)致系統(tǒng)傳感靈敏度低、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)和容易漏報(bào)警，大大影響了系統(tǒng)的性能，滿足不了工程現(xiàn)場(chǎng)的要求。在此基礎(chǔ)上，有文獻(xiàn)提出了雙緩存乒乓操作的方法［7-9］，即處理器預(yù)先開辟兩個(gè)緩存區(qū)域，先對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行采樣，并將采集的數(shù)據(jù)存放在第一個(gè)緩存中，存滿之后將其中的數(shù)據(jù)通過(guò)高速接口傳送至上位機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理；與此同時(shí)，啟動(dòng)新一輪的數(shù)據(jù)采樣，并將其存放在第二個(gè)緩存中。當(dāng)上位機(jī)處理完第一個(gè)緩存?zhèn)魉蛠?lái)的數(shù)據(jù)且第二個(gè)緩存的數(shù)據(jù)采滿后，上位機(jī)開始讀取第二個(gè)緩存的數(shù)據(jù)，同時(shí)啟動(dòng)下一輪的數(shù)據(jù)采樣，并將其存放在第一個(gè)緩存內(nèi)如此循環(huán)往復(fù)。該方法雖然提高了系統(tǒng)的傳感效率，對(duì)系統(tǒng)的傳感靈敏度有所改善，但仍然需要向上位機(jī)傳送大量數(shù)據(jù)，加重?cái)?shù)據(jù)傳送接口和上位機(jī)數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)。

上述兩種數(shù)據(jù)傳送方式已不能滿足工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)光纖傳感系統(tǒng)提出的傳感靈敏度高、響應(yīng)速度快、低的漏報(bào)率等性能要求，系統(tǒng)亟需一種簡(jiǎn)潔高效的數(shù)據(jù)傳送技術(shù)。

本文在充分研究分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)數(shù)據(jù)特征的基礎(chǔ)上，提出了一種基于數(shù)據(jù)壓縮的大傳感數(shù)據(jù)流的傳送方法。通過(guò)擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊對(duì)多個(gè)觸發(fā)周期內(nèi)采集的背向散射信號(hào)作同步特征值提取，并將無(wú)效的數(shù)據(jù)剔除，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)壓縮的目的。提取到的擾動(dòng)信號(hào)特征值能夠反映傳感光纜沿線外界擾動(dòng)事件的基本特性，包括擾動(dòng)發(fā)生的位置和擾動(dòng)的強(qiáng)度等。接著采用復(fù)用的技術(shù)把壓縮后的擾動(dòng)特征值進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼與成幀，并傳輸至上位機(jī)，由上位機(jī)作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理與分析。與傳統(tǒng)的方法相比，本文提出的數(shù)據(jù)壓縮與傳送方法大大減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，減輕了通信接口的負(fù)擔(dān)，同時(shí)節(jié)約了上位機(jī)信號(hào)處理的時(shí)間，具有傳感靈敏度高和響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，且為上位機(jī)提供了豐富的有效數(shù)據(jù)，為模式識(shí)別算法的研究提供了保障。

1 分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)原理

分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)能夠有效地感知傳感光纖沿線外界擾動(dòng)事件的位置與強(qiáng)度信息，并能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)，其功能框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由光源、光纖光路、電域信號(hào)處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理（FPGA）和上位機(jī)等模塊組成［10-11］。

FPGA依次連續(xù)產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)至光源模塊，同步觸發(fā)信號(hào)的周期為T，其與光纖光路的長(zhǎng)度L滿足如下關(guān)系：

其中vg表示光在纖芯中的傳播速度。光源模塊接收到同步觸發(fā)信號(hào)后產(chǎn)生一個(gè)光脈沖信號(hào)，光脈沖通過(guò)微分相干光時(shí)域散射型傳感光路傳播至傳感光纖，傳感光路輸出一條背向散射光信號(hào)并傳輸至電域信號(hào)處理模塊，電域信號(hào)處理模塊對(duì)背向散射光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大、微分和跡線補(bǔ)償?shù)纫幌盗行盘?hào)處理后輸出一條模擬背向散射信號(hào)并傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一列數(shù)字背向散射信號(hào)，并輸出至數(shù)字信號(hào)處理模塊（FPGA）中。其中，一列數(shù)字背向散射信號(hào)的長(zhǎng)度為D，其與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣周期Ts滿足：

FPGA對(duì)數(shù)字背向散射信號(hào)作系列數(shù)字信號(hào)處理后，將數(shù)據(jù)通過(guò)USB2.0高速接口傳送至上位機(jī)，由上位機(jī)作進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理和告警顯示等操作。

圖1 分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)框圖

2 數(shù)據(jù)壓縮與傳送技術(shù)原理和分析

分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)大傳感數(shù)據(jù)流時(shí)間周期壓縮與傳送方法主要包括擾動(dòng)脈沖特征值提取和數(shù)據(jù)編碼與成幀兩個(gè)步驟，方法框圖如圖2所示。首先，擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊對(duì)接收的數(shù)字背向散射信號(hào)進(jìn)行脈沖特征值的同步提取，并將無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)剔除；接著，擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊將脈沖特征值傳輸至數(shù)據(jù)編碼與成幀模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼和成幀，再由數(shù)據(jù)編碼與成幀模塊將成幀后的數(shù)據(jù)傳送至FIFO緩存中。

圖2 數(shù)據(jù)壓縮與傳送方法框圖

觸發(fā)信號(hào)計(jì)數(shù)器對(duì)同步觸發(fā)信號(hào)作計(jì)數(shù)操作，統(tǒng)計(jì)同步觸發(fā)信號(hào)的個(gè)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到N時(shí)，計(jì)數(shù)器控制FIFO緩存將數(shù)據(jù)通過(guò)USB2.0接口傳送至上位機(jī)，由上位機(jī)做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理與結(jié)果顯示。

2.1 擾動(dòng)信號(hào)提取原理

分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字背向散射信號(hào)中的擾動(dòng)脈沖表征了傳感光纖沿線外界的擾動(dòng)事件，其余數(shù)據(jù)均為無(wú)效數(shù)據(jù)，如圖3所示。在同步觸發(fā)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊根據(jù)閾值信號(hào)發(fā)生模塊輸出的閾值信號(hào)Th，對(duì)接收到的由N個(gè)同步觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生的N列數(shù)字背向散射信號(hào)進(jìn)行脈沖特征值的提取，并將無(wú)效的數(shù)據(jù)剔除，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的目的。具體過(guò)程是，擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊接收到同步觸發(fā)信號(hào)后，其內(nèi)部計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)周期為采樣周期Ts，根據(jù)數(shù)字背向散射信號(hào)與閾值信號(hào)Th的大小關(guān)系，提取各擾動(dòng)脈沖的上升沿計(jì)數(shù)值Nr、峰值計(jì)數(shù)值Np和下降沿計(jì)數(shù)值Nf，并計(jì)算出脈沖的峰值A(chǔ)p，擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊提取完一列數(shù)字背向散射信號(hào)的全部特征值后將內(nèi)部的計(jì)數(shù)器清零。

圖3 擾動(dòng)脈沖特征值提取原理圖

根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣周期Ts以及光在纖芯中的傳播速度vg，計(jì)算出擾動(dòng)脈沖的上升沿位置Lr、峰值位置Lp、下降沿位置Lf為：

傳感光纖沿線外界擾動(dòng)事件發(fā)生的位置Y與數(shù)字背向散射信號(hào)擾動(dòng)脈沖的上升沿位置Lr、峰值位置Lp、下降沿位置Lf有關(guān)，可表示為：

傳感光纜沿線外界擾動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度I與數(shù)字背向散射信號(hào)擾動(dòng)脈沖的幅度Ap相關(guān)［12］，表示為：

2.2 數(shù)據(jù)編碼與成幀

擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊需要提取數(shù)字背向散射信號(hào)中擾動(dòng)脈沖的上升沿位置數(shù)據(jù)、下降沿位置數(shù)據(jù)、峰值位置數(shù)據(jù)和峰值幅度數(shù)據(jù)，且一次數(shù)據(jù)傳輸需提取N列數(shù)字背向散射信號(hào)中的全部擾動(dòng)脈沖特征值。為了對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行清晰的區(qū)分和表征，數(shù)據(jù)編碼與成幀模塊對(duì)擾動(dòng)脈沖特征值進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼和成幀處理。幀格式及各類型數(shù)據(jù)格式的定義如圖4所示。每一幀數(shù)據(jù)表示從一列數(shù)字背向散射信號(hào)中提取的擾動(dòng)脈沖特征值，一列數(shù)字背向散射信號(hào)中的擾動(dòng)脈沖個(gè)數(shù)為M，M取值0，1，2，…。幀格式中的數(shù)據(jù)位數(shù)均為16，采用復(fù)用的方法來(lái)區(qū)分幀頭、位置數(shù)據(jù)、幅度數(shù)據(jù)、脈沖結(jié)束標(biāo)志和幀尾，復(fù)用方法如表1所示。幀頭的Trig Count為同步觸發(fā)信號(hào)的計(jì)數(shù)值，取值范圍是0至N-1，N需小于等于4096。位置數(shù)據(jù)格式的Position Data為擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊輸出的對(duì)應(yīng)于脈沖上升沿、下降沿和峰值時(shí)的內(nèi)部計(jì)數(shù)值Nr、Nf和Np，其取值為0至16383。峰值幅度數(shù)據(jù)格式的Amplitude Data表示峰值的幅度Ap，其取值為0至4 095。脈沖結(jié)束標(biāo)志和幀尾的數(shù)據(jù)格式分別如圖4（e）和圖4（f）所示。

圖4 幀格式及各類型數(shù)據(jù)格式定義

表1 數(shù)據(jù)編碼與成幀復(fù)用方式

2.3 數(shù)據(jù)壓縮率

本文提出的數(shù)據(jù)壓縮與傳送方法在一個(gè)同步觸發(fā)周期內(nèi)產(chǎn)生的最大數(shù)據(jù)量Qn與傳感光纖沿線外界同時(shí)發(fā)生的擾動(dòng)事件的個(gè)數(shù)M有關(guān)，而與光纖的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，Qn與M的關(guān)系表示為：

而傳統(tǒng)方法在一個(gè)觸發(fā)周期內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量Qt與傳感光纖的長(zhǎng)度L、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣周期Ts有關(guān)，與同一時(shí)刻傳感光纖沿線外界發(fā)生的擾動(dòng)事件的數(shù)目無(wú)關(guān)，如下式所示：

本文提出的數(shù)據(jù)壓縮方法和數(shù)據(jù)采集過(guò)程完全同步，不占用額外的壓縮時(shí)間。數(shù)據(jù)壓縮率η與光纖長(zhǎng)度L、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣周期Ts以及同一時(shí)刻傳感光纖沿線外界發(fā)生的擾動(dòng)事件的數(shù)目M有關(guān)，表示為

圖5給出了本文方法與傳統(tǒng)方法在一個(gè)同步觸發(fā)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)量隨光纖長(zhǎng)度變化關(guān)系，從圖中可以看出本文給出的方法大大降低了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量，且隨著光纖長(zhǎng)度增加，數(shù)據(jù)量減少的越顯著。

圖6給出了數(shù)據(jù)壓縮率隨光纖長(zhǎng)度、擾動(dòng)數(shù)目和采樣周期的變化關(guān)系，其中數(shù)據(jù)壓縮率定義為壓縮后的數(shù)據(jù)量與壓縮前之比，從圖中可以看出數(shù)據(jù)壓縮率隨著光纖長(zhǎng)度的增加和采樣周期的減小而逐漸減小。

圖5 本文和傳統(tǒng)方法數(shù)據(jù)量對(duì)比圖

圖6 數(shù)據(jù)壓縮率隨光纖長(zhǎng)度和采樣率的關(guān)系

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

3.1 基于FPGA的算法實(shí)現(xiàn)

本文在中心自主研發(fā)的微分相干光時(shí)域散射型分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)中開展實(shí)驗(yàn)，對(duì)上述方法進(jìn)行驗(yàn)證。如圖7所示，傳感系統(tǒng)由分布式光纖振動(dòng)傳感控制端機(jī)、傳感光纖和上位機(jī)軟件組成。它能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)傳感光纖沿線的外界擾動(dòng)信號(hào)，并進(jìn)行精確定位，已成功應(yīng)用于周界安防和石油管道監(jiān)測(cè)等工程領(lǐng)域。

圖7 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖

本文方法中的同步信號(hào)發(fā)生模塊、擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊、數(shù)據(jù)編碼與成幀模塊、FIFO緩存、觸發(fā)信號(hào)計(jì)數(shù)器以及閾值信號(hào)發(fā)生模塊均在FPGA中實(shí)現(xiàn)。中心自主設(shè)計(jì)的FPGA控制板卡如圖8所示，其主要由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、FPGA及配置電路、USB2.0通信接口以及電源管理電路構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)高速的數(shù)據(jù)采集、靈活的數(shù)據(jù)處理以及和上位機(jī)高速通信等功能。其中，高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用美國(guó)AD公司的AD9236，采樣率可達(dá)80 M，分辨率為12位；FPGA芯片采用Xilinx公司Spartan-6系列的XC6SLX100T-2FGG900，它采用45 nm工藝技術(shù)，具有速度快、容量高、功耗和成本低等優(yōu)點(diǎn)；USB2.0接口控制器采用Cypress公司的EZ-USB FX2LP系列的CY7C68013A，它具有功耗低、功能豐富，用戶可編程等優(yōu)點(diǎn)。

圖8 FPGA控制板卡

利用Xilinx公司提供的集成開發(fā)環(huán)境ISE12.3進(jìn)行FPGA程序設(shè)計(jì)，并充分利用FPGA運(yùn)算速度快、可并行執(zhí)行的特點(diǎn)，本文實(shí)現(xiàn)了數(shù)字背向散射信號(hào)的采集和擾動(dòng)脈沖特征值的同步提取以及數(shù)據(jù)成幀的功能，F(xiàn)PGA程序流程圖如圖9所示。

圖9 FPGA流程圖

3.2 結(jié)果與分析

在本文的分布式光纖振動(dòng)傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，同步信號(hào)發(fā)生模塊輸出的同步觸發(fā)信號(hào)的周期T為100μs，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣周期Ts為20 ns，光纖光路的長(zhǎng)度L為10 km，在一個(gè)同步觸發(fā)周期T內(nèi)的采樣長(zhǎng)度D為5 000，閾值信號(hào)Th為2 048，采樣周期數(shù)N為500。

實(shí)驗(yàn)中，在光纖光路6 470 m處施加擾動(dòng)，圖10給出了光電探測(cè)器輸出的模擬背向散射信號(hào)與同步觸發(fā)信號(hào)在一個(gè)同步觸發(fā)周期T內(nèi)隨時(shí)間變化的波形圖，圖11給出了模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字背向散射信號(hào)與閾值信號(hào)隨光纖長(zhǎng)度的變化關(guān)系圖。表2給出了數(shù)據(jù)編碼與成幀模塊輸出的一幀數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)換后的擾動(dòng)脈沖的位置數(shù)據(jù)和幅度數(shù)據(jù)。在一個(gè)同步觸發(fā)周期內(nèi)只有一個(gè)擾動(dòng)事件發(fā)生時(shí)（即M=1），由式（8）知，本文方法的數(shù)據(jù)壓縮率η僅為0.96‰。從中可以看出，本文提出的數(shù)據(jù)壓縮與傳送技術(shù)能夠有效地用于對(duì)傳感光纖沿線外界擾動(dòng)事件引起的擾動(dòng)脈沖進(jìn)行定位與幅度提取，并以此來(lái)確定擾動(dòng)事件發(fā)生的位置與擾動(dòng)事件的類型。

圖10 同步觸發(fā)信號(hào)與模擬背向散射信號(hào)波形圖

圖11 擾動(dòng)脈沖與閾值信號(hào)的關(guān)系圖

4 總結(jié)

本文提出一種分布式光纖振動(dòng)傳感系統(tǒng)大傳感數(shù)據(jù)流時(shí)間周期壓縮與傳送技術(shù)，通過(guò)擾動(dòng)脈沖特征值提取模塊對(duì)傳感光纖沿線外界擾動(dòng)事件引起的擾動(dòng)脈沖的特征值的同步提取，并將無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)剔除，大大壓縮了數(shù)據(jù)量；同時(shí)為了便于數(shù)據(jù)區(qū)分，采用復(fù)用的方法對(duì)擾動(dòng)脈沖特征值進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼與成幀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的數(shù)據(jù)壓縮與傳送方法能夠有效地獲取傳感光纖沿線外界擾動(dòng)事件的位置和強(qiáng)度信息，且在一個(gè)同步觸發(fā)周期內(nèi)只有一個(gè)擾動(dòng)事件發(fā)生時(shí)（即M=1），本文方法的數(shù)據(jù)壓縮率僅為0.96‰。相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送方法，本文提出的方法大大減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，減輕了通信接口和上位機(jī)軟件的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的傳感效率，使得系統(tǒng)的傳感靈敏度和響應(yīng)速度都得到顯著提高。

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黃新銳（1994-），男，漢族，安徽省桐城人，東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院本科在讀，專業(yè)為新能源材料與器件，2536356551@qq.com；

孫小菡（1955-），女，漢族，東南大學(xué)電子與科學(xué)學(xué)院教授，主要研究方向?yàn)楣獠娮訉W(xué)與光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，xh?sun@seu.edu.cn。

Data Reduction and Communication Technique for Distributed Optical Fiber Vibration Sensing System*

HUANG Xinrui，WANG Guangzhen，SHI Haifeng，WANG Shuo，YEHongliang，PAN Chao，SUN Xiaohan*
（School of Electronic Science and Engineering，Southeast University，Nanjing 210096，China）

A method of big sensing data reduction and communication for distributed optical fiber vibration sensing system is proposed and implemented.Vibration pulse characteristic data are extracted synchronously to reduce the sensing data，and data coding and framing module is employed for data recognition of PC software.The experimen?tal results demonstrate that the method of this paper can obtain the position and intensity information of vibration events along the sensing fiber effectively.Besides，the compression ratio is only 0.96‰when there is one vibration event happening at the same time.Compared with traditional methods，the method of this paper reduces the sensing data volume greatly，which lightens the burden of communication interface and PC software，resulting in highly im?proved sensing sensitivity and response speed of the system.

distributed optical fiber vibration sensing；data reduction；data coding and framing；FPGA

TN913.7

A

1004-1699（2015）10-1442-06

??7230；7230E

10.3969/j.issn.1004-1699.2015.10.004

項(xiàng)目來(lái)源：江蘇省政策引導(dǎo)性計(jì)劃——前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目支持

2015-06-13 修改日期：2015-08-28