关于数字信号处理技术的光纤传感器故障辨识

摘要：故障识别的精确度与光纤传感器的实际应用价值有着直接的关系，要改善光纤传感器的故障辨识度，可以借助数字信号处理技术来完成，通过合成外差算法的数组信号并及逆行线性的向量分析，当计算出的数字信号值以及信号方差比光纤传感器的预定值要小，就可能存在故障问题。阐述数字信号处理技术下光纤传感器的故障判别基本原理，分析能够提高故障识别能力的可能性，提出具有针对性的建议，从而有效提高光纤传感器的相关性能。

关键词：数字信号;处理技术;光纤传感器;故障辨识

引言：

当前科学信息技术的不断发展，光纤传感技术被广泛应用于各个领域中，例如工业、探测以及军事中，当使用传感器时因故障发生在传感器内部，因而也成为了当前工作人员的研究重点，采取何种技术手段才能更高效准确地将故障更好的辨识出来。较于传统的辨识技术手段，通常是通过特征和诊断结果来达到辨识的目的，环节相对繁琐，而数字信号处理技术则具有一定的优越性。

一、光纤传感器系统的运行原理

光纤传感器主要是将被测的信息转变为可测的光信号，内部的主要构件有敏感元件、光纤以及信号处理器等等零小部件构成的，当发出的光耦合混入大光纤，再从光纤进入到调制区之州，因区内有设备测量的影响，在一定程度上能够使得光性质产生变化，例如光的波长、频率等等性质会跟原始的不一样，从而变成了调制光信号，通过光纤进入到检测器中，经过转换之后形成电信号，最终由信号处理系统来处理分析并得到电信号的有关参数。如今光纤传感器几乎应用到社会生活的方方面面，尤其是在工业企业的各类参数的测量上发挥了巨大的作用，将光纤传感器自身所具有的各种优势，例如测量精确度高，设备体型较小等等优势，为我国未来自动化社会的发展提供的强大的支撑力量，加上科学信息技术的不断发展，更有利于我国企业发展的转型升级，实现全自动化生产的目标，拓宽气压的发展前景[1]。

二、数字信号处理技术下的光纤传感器故障识别主要原理

对光纤传感器故障判别的主要原理是通过数字信号处理技术来获取光纤传感器在运行时发出的工作信号，并且结合最先的光纤传感器来获取大量的信号噪音数据，之后从光纤传感器的信号里提炼出有用的数据内容，选择合适的技术算法来对光纤传感器的故障进行针对性分析和辨识。提取出针对性的内容之后，借助向量特征和主要的故障类型来进行比对分析，再使用相关的数据挖掘技术来形成完整的光纤传感器故障辨识机制，逐渐优化故障辨识程序。故障识别流程主要是采取合成外差算法对光纤传感器中被测数字的信号之后，对数字信号使用线性向量的分析方法获得新的数字信号，并根据它们的最小方差值来判断数字信号是否平稳，如果最小方差值比光纤传感器的预期值要小，则就证明了光纤传感器是正常运行的状态，相反，如果是大于光纤传感器的预期值则说明是存在故障问题的，如图所示[2]。

三、优化光纤传感器故障辨识性能的原因

虽然数字信号处理技术能够有效地辨识光纤传感器中的问题故障，但是在实际的识别过程中因为识别的过程耗费时间较久，一些相对较为复杂的光纤传感器故障问题就无法充分应用。从当前的故障辨识的技术手段来看，基本都是自动辨识技术，也就只有两种类型，一种是传统的管线传感器的辨识技术手段，另一种是现代的光纤传感器的辨识技术手段。传统的光纤传感器技术主要是运用K最近邻算法等方法，可以对光纤传感器中的回声、网络等运行状态进行分析获得具体的故障内容信息，从而能够实现最终的辨识质量。而数字信息处理技术较于传统的辨识技术具有更高的精确性，它能够获得更多的质量较高的信号，准确辨识光纤传感器的故障问题。除此之外，要想进一步提升故障辨识度，通过设置相应的故障辨识模型来完成，比如可以通过Matlab模型来对故障进行有效辨识，不仅能顺利开展测试试验，还能够凸显该技术在光纤传感器的故障辨识过程中的优势[3]。

四、数字信号处理技术在光纤传感器故障辨识中的具体应用

（一）有效获取状态信号

利用数字信号处理技术能够尽量多的收集信息数据，把原始的信息转化为具有数字的动态信息，深入分析原来的光纤传感器的工作状态和过程，以及利用技术方法来对数据信息进行消除噪声处理，还能够运用双曲波的信息转化技术来达到数据资料的高质量，首先把原光纤传感器所输出的模拟信息转化为后来的数据信息，然后再对数据信息进行降噪处理，最后可以得到高质量有效的信号信息。

（二）构建故障识别器

另外还要建立专门的光纤传感器故障的辨识设备，该设备中要设备光纤传感器故障的输入与输出模块，实现信息的有效交换。根据光纤传感器的运行状态来创建相应的故障辨识模型，再运用Matlab模型来辅助验证和分析得到结果，进一步明确光纤传感器运行时的状态，分别对光纤的电机、链路等问题故障进行深入分析。一般情况下，Matlab模型能够最大程度地避免光纤传感器识别度过高的缺陷。设置专门的光纤传感器故障辨识设备能够有效分析识别效率，弥补了创痛光纤传感器在识别过程中耗费太多的时间的缺点，帮助技术人员节省了大量的时间，提高了效率。另外，还可通过分析干扰光纤传感器的噪声来确定光纤传感器的故障，因为干扰光纤传感器的噪声主要是由高频噪声和相位噪声所构成，其中相位噪声大部分由于周边变换的环境所引起的，而集成电路中的设备运行时造成经过调制的数字信号中夹杂噪声，这一类噪声就是高频噪音。而如果光纤传感器中没有产生高频噪声的通信频带，可利用带通滤波器来进行消噪[4]。

五、结束语

以数字信号处理技术为基础，通过建立光纤传感器Matlab的故障识别模式，利用数字信号处理技术和仿真技术来收集大量的工作状态信息，同时对信号内的杂音噪声信息加以去除之后，从而获取品质良好的信息。通过这一信号可以更有效确定光纤传感器的故障情况和种类，同时可以根据光纤传感辨识器的故障特性来减少故障量。在后期工作中要注重优化光纤传感器的故障识别结构，以提高故障识别准确度，从而获取更精确的数据信息资源。

参考文献：

[1]严均，周煌辉.数字信号处理技术在通信领域中的应用[J].中国高新科技，2021（9）：149-150.

[2]魏星.电子信息工程中的数字信号处理技术[J].电子技术与软件工程，2021（11）：65-66.

[3]徐高魁，王晓艳.针对光纤传感器的双向耦合效应研究[J].中国设备工程，2021（4）：79-80.

[4]冯飞，秦丽.分布式以及准分布式光纤传感器研究进展[J].光通信技术，2021，45（3）：10-14.

作者简介：方玄，1984，男，江蘇江阴，工程师，硕士，研究方向：光纤传感。