用于荧光测温系统的信号处理方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于荧光测温系统的信号处理方法，所述信号处理方法包括根据荧光强度信号在固定时间内的噪声幅度分布和信噪比对采集的荧光信号进行过滤处理并对过滤后的所述荧光信号进行去噪处理，计算处理后荧光强度信号的荧光寿命，获取荧光寿命和温度的转换关系以标定温度；本发明专利技术可有效提升测温的准确性、稳定性和灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤测温
，特别是涉及一种用于荧光测温系统的信号处理方法。
技术介绍
荧光光纤测温系统是一种新型的温度传感器，利用荧光寿命和温度之间的单调对应关系实现。与传统的测温仪(如热电偶、热敏电阻)相比，具有抗电磁干扰、高精度、寿命长、适应性好等特点，适合高电压、强电磁环境，可以应用于各种工业环境中的温度监测。荧光是电子受激辐射产生的。激励停止后，电子在激发态停留后返回基态的平均时间为荧光寿命。荧光测温系统采集荧光强度信号，计算荧光寿命并标定温度。测温的准确性和灵敏度受光源噪声、荧光噪声和系统噪声的影响。为了适应特殊的工业环境，降低成本，噪声会随着系统硬件的设置而大幅增加。所以高效精确的信号处理方法是荧光测温系统的重要组成部分，有必要针对低信噪比的荧光光纤测温系统的稳定性弱、精度低等技术问题，提供一种准确稳定的信号处理方法。
技术实现思路
一种用于荧光测温系统的信号处理方法，包括：根据荧光强度信号在固定时间内的噪声幅度分布和信噪比对采集的荧光信号进行过滤处理并对过滤后的荧光信号进行去噪处理；计算处理后荧光信号的荧光寿命；获取所述荧光寿命和温度的转换关系以标定温度。在其中一个实施例中，所述对过滤后的所述荧光信号进行去噪处理时，采用小波变换、定长积分或均值算法对所述荧光信号进行去噪处理。在其中一个实施例中，所述计算处理后荧光信号的荧光寿命时，采用差分算法或非线性最小二乘Levenberg-Marquart拟合算法计算处理后荧光信号的荧光寿命。在其中一个实施例中，所述差分算法包括双步长差分算法和多项式差分算法。在其中一个实施例中，所述双步长差分算法采用以下公式计算荧光寿命：荧光寿命τ=-(Σi=1T0bi/logR1(ti,a,bi))/T0;]]>或者荧光寿命τ=-Σi=1T0bilogR1(ti,a,bi)/Σi=1T0(logR1(ti,a,bi))2;]]>其中，a和b为设置的两个步长参数，T0为自然数，R1(t,a,b)＝D(t+b,a)/D(t,a)，D(t,a)＝M(t+a)-M(a)，M(t)为所述对采集的荧光信号进行过滤和去噪处理后获取的荧光信号的衰减曲线。在其中一个实施例中，所述多项式差分算法采用以下公式计算荧光寿命：荧光寿命τ＝-a/log(r)；其中，r是多项式或者多项式的根，n和a是大于1的自然数，T0为自然数，R2(t,n,a)＝D(t,na)/D(t,a)，D(t,a)＝M(t+a)-M(a)，M(t)为所述对采集的荧光信号进行过滤和去噪处理后获取的荧光信号的衰减曲线。在其中一个实施例中，所述获取荧光寿命和温度的转换关系时，采用最小二乘法进行以下多项式拟合以获取荧光寿命和温度的转换关系：H＝c0+c1τ+...+cnτn；其中，H表示温度，τ表示荧光寿命，(c0,c1,...,cn)表示多项式系数。本专利技术的信号处理方法通过信号的噪声分析，自适应地过滤和去噪，加强了荧光寿命计算的稳定性，从而提高了荧光测温系统的精度和灵敏度。信号过滤指选择有限次有限时间的荧光信号以提高信噪比；去噪方法有均值、积分和小波变换以加强稳定性；荧光寿命的计算方法有差分法和LM拟合全局算法；采用多项式标定荧光寿命和温度之间的转换关系。附图说明图1为本专利技术所述信号处理方法的流程示意图；图2为本专利技术所述差分和LM算法计算的结果示意图。具体实施方式荧光物质受激辐射，在激励停止后返回基态的平均时间，称为荧光寿命。他与温度单值对应，这一特性可被应用于荧光光纤测温系统以测量环境温度。荧光光纤温度传感器检测到的光强数据随时间指数衰减，其衰减速度由荧光寿命决定。荧光寿命测量的方法有相位调制法和时域法，从光强衰减数据计算荧光寿命的方法有门限法、傅里叶变换法、空间谱估计法、Prony方法和LM拟合法等。一般地讲，荧光衰减曲线是多个指数函数之和加上光子噪声和系统噪声，如放大器输出基准电平噪声。门限法和傅里叶变换法主要适用于单指数函数拟合，空间谱估计法、Prony方法和LM拟合算法适用于多指数函数拟合，其中LM非线性拟合是一种信赖域方法，应用广泛且准确度高。实际测温系统中采用窄线宽激光和特殊的荧光物质及滤波处理，得到的荧光强度曲线近似为单指数函数曲线。荧光寿命拟合的精度不仅依赖于算法，还依赖于信号数据的噪声分布，并且，在荧光信号比较低，噪声大的情况下，荧光寿命的计算结果会出现较大偏差，对所要获取的物理量的计算造成很大影响，因此，选择合适的去噪和拟合算法以获得稳定的荧光寿命数据计算温度就显得十分重要。为此，参照图1所示，本专利技术提供了一种用于荧光测温系统的信号处理方法，包括：S110：根据荧光强度信号在固定时间内的噪声幅度分布和信噪比对采集的荧光信号进行过滤处理并对过滤后的所述荧光信号进行去噪处理；S120：计算处理后的荧光信号的荧光寿命；S130：获取所述荧光寿命和温度的转换关系以标定温度。以上所述信号处理方法对采集的荧光信号进行过滤和去噪处理，保证信号的信噪比和稳定性，可有效提高后续计算荧光寿命的准确度，防止荧光寿命的计算出现较大的偏差，从而提升测温的准确性和稳定性。在对荧光信号进行过滤时，由于荧光寿命的计算精度依赖于信号数据的噪声分布，因此，步骤110对采集的荧光信号进行过滤时，根据荧光信号在固定时间内的噪声幅度分布和信噪比对荧光信号进行过滤。为提高后续计算荧光寿命的准确度，对采集的荧光信号进行去噪处理时，可采用小波变换、定长积分或均值算法对荧光信号进行去噪处理。在对荧光信号采集时，荧光信号通常为荧光测温系统连续采集的N段时长为L的荧光衰减光强数据，并计算其每个时间点N段数据的均值M1(t)，标准差S(t)和信噪比SNR(t)。在对荧光信号进行过滤时，为减小误差，可以选择合适的自然数L和N值，保留部分原来连续采集的荧光数据，去除余下的荧光数据，使得荧光数据的噪声幅度足够小，信噪比足够高，以实现对荧光信号的有效过滤；去噪时，若采用小波去噪，则对N段时长为L的数据做二维小波分解，小波系数处理之后，取N段均值得到M(t)或直接对M1(t)做一维小波去噪得到M(t)，M(t)即为对采集的荧光信号进行过滤和去噪处理后获取的荧光信号的衰减曲线，t表示时间。若采用积分去噪，则计算M(t)的部分和G(t)＝(M(t)+M(t+1)+…+M(t+K))本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于荧光测温系统的信号处理方法，其特征在于，包括：根据荧光强度信号在固定时间内的噪声幅度分布和信噪比对采集的荧光信号进行过滤处理并对过滤后的所述荧光信号进行去噪处理；计算处理后的荧光信号的荧光寿命；获取所述荧光寿命和温度的转换关系以标定温度。

【技术特征摘要】
1.一种用于荧光测温系统的信号处理方法，其特征在于，包括：
根据荧光强度信号在固定时间内的噪声幅度分布和信噪比对采集的荧光信
号进行过滤处理并对过滤后的所述荧光信号进行去噪处理；
计算处理后的荧光信号的荧光寿命；
获取所述荧光寿命和温度的转换关系以标定温度。
2.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述对过滤后的荧
光强度信号进行去噪处理时，采用小波变换、定长积分或均值算法对所述荧光
信号进行去噪处理。
3.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述计算处理后荧
光信号的荧光寿命时，采用差分算法或非线性最小二乘Levenberg-Marquart拟合
算法计算处理后荧光信号的荧光寿命。
4.根据权利要求3所述的信号处理方法，其特征在于，所述差分算法包括
双步长差分算法和多项式差分算法。
5.根据权利要求4所述的信号处理方法，其特征在于，所述双步长差分算
法采用以下公式计算荧光寿命：
荧光寿命τ=-(Σi=1T0bi/logR1(ti,a,bi))/T0;]]>或者
荧光寿命τ=-Σi=1T0bi/log...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾一驰，张辉，
申请(专利权)人：苏州光格设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32