分布式光纖測溫裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種分布式光纖測溫裝置，其包括一放大電路、一采集電路和一ARM微處理器，該ARM微處理器和該采集電路相連接，且該ARM微處理器設(shè)在一嵌入式主板上，該放大電路和該采集電路均集成在一采樣主板上。本實用新型提供了一種基于嵌入式系統(tǒng)并帶有顯示屏的分布式光纖測溫裝置，以實現(xiàn)既降低功耗、減小設(shè)備尺寸，又能現(xiàn)場顯示監(jiān)控信息和設(shè)置參數(shù)的功能。另外本裝置采用自主研發(fā)的高速采集卡，專用于采集DTS信號，成本低廉，性能可靠。
【專利說明】分布式光纖測溫裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種分布式光纖測溫裝置，特別涉及一種基于嵌入式系統(tǒng)的分布式光纖測溫裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)80年代中期英國研發(fā)出全分布式光纖拉曼溫度傳感器以來，全分布式光纖拉曼溫度傳感器技術(shù)日趨成熟，國內(nèi)外已有各種類型的全分布式光纖傳感器產(chǎn)品，并開始嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、煤礦、油氣管道等各種設(shè)施中。
[0003]以下簡述分布式光纖測溫原理:脈沖激光光源發(fā)出的激光脈沖進(jìn)入待測量的光纖后產(chǎn)生拉曼散射，其背向拉曼散射光子返回至分光器，經(jīng)分光器分離出斯托克斯光和反斯托克斯光，再由放大電路分別放大這兩個弱信號，經(jīng)采樣電路采樣后匯總到處理器解調(diào)出溫度信息。其中反斯托克斯光對溫度更為敏感，作為溫度傳感信息，而斯托克斯光可作為參考信息。通常，溫度的基準(zhǔn)是采用內(nèi)置的一段長度為數(shù)百米的參考光纖來獲取的，在參考光纖處增加普通溫度傳感器實時得到當(dāng)前實際溫度值，再比對計算理論值從而消除由于光源功率波動、放大電路離散差異以及分光過程中引起的差異等影響溫度穩(wěn)定性的因素。對于不同的光纜，在實際應(yīng)用時還需外部標(biāo)定，選取一定長度的外部光纜分別置于不同溫度下進(jìn)行修正，獲得修正系數(shù)，從而消除由于光纜的差異所帶來的溫度計算誤差。
[0004]目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的分布式光纖測溫裝置(DTS)有兩種模式:其一，裝置內(nèi)帶工控機主板，外接顯示器，成為獨立的感溫系統(tǒng)；其二，裝置內(nèi)只有嵌入式系統(tǒng)，數(shù)據(jù)簡單處理后上傳至主控服務(wù)器進(jìn)行后續(xù)處理。這兩種模式都有其不足之處，前者設(shè)備體積較大，不利集成，功耗也較大；后者無顯示輸出，參數(shù)需通過遠(yuǎn)程傳輸來設(shè)置，本地操作不便。另外為達(dá)到理想的空間分辨率,一般采用外購高速采集卡,成本很高。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中分布式光纖測溫裝置體積較大、不利于集成及功耗也較大的缺陷，提供一種既降低功耗又減少裝置尺寸的分布式光纖測溫裝置。
[0006]本實用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:
[0007]本實用新型提供一種分布式光纖測溫裝置，其包括一放大電路和一采集電路，其特點在于，該分布式光纖測溫裝置還包括一 ARM (Advanced RISC Machines,既可認(rèn)為是一個公司的名字，也可認(rèn)為是對一類微處理器的統(tǒng)稱)微處理器，該ARM微處理器和該采集電路相連接，且該ARM微處理器設(shè)在一嵌入式主板上，該放大電路和該采集電路均集成在一采樣主板上。
[0008]較佳地，該分布式光纖測溫裝置還包括一波分復(fù)用器，該放大電路包括依次相連接的一用于將該波分復(fù)用器傳輸來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電接收管、一第一放大器、一第一鏡像電流源、一第二放大器、一第二鏡像電流源、一第三放大器和一用于將電信號轉(zhuǎn)換為差分信號的差分放大器。
[0009]在本方案中，該電信號依次流經(jīng)該第一放大器、該第一鏡像電流源、該第二放大器、該第二鏡像電流源和該第三放大器，并由該差分放大器將放大后的該電信號轉(zhuǎn)換為差分信號。
[0010]較佳地，該光電接收管為一 APD (雪崩光電二極管)。
[0011]較佳地，該采集電路包括一用于將該差分信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的ADC芯片(模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片)和一用于采集該數(shù)字信號的FPGA (Field-Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)。
[0012]較佳地，該分布式光纖測溫裝置還包括一與該FPGA相連接的DAC芯片(數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片)、分別與該DAC芯片相連接的一第一運算放大器和一第二運算放大器，該第一運算放大器與該第一放大器的負(fù)輸入端相連接，該第二運算放大器與該第二放大器的負(fù)輸入端相連接；
[0013]該FPGA用于控制該DAC芯片輸出電平分別至該第一運算放大器和該第二運算放大器，該第一運算放大器用于將放大后的電平信號輸出至該第一放大器的負(fù)輸入端，該第二運算放大器用于將放大后的電平信號輸出至該第二放大器的負(fù)輸入端。
[0014]本方案利用該FPGA控制該DAC芯片輸出一個電平，然后給運算放大器，將放大后的信號輸出給信號放大器的負(fù)輸入端，以達(dá)到調(diào)控共模電平的效果。
[0015]較佳地，該分布式光纖測溫裝置還包括一顯示器。該顯示器帶有7寸液晶顯示屏，能實時顯示運行的數(shù)據(jù)，并能在用戶界面輸入運行參數(shù)。
[0016]在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本實用新型各較佳實例。
[0017]本實用新型的積極進(jìn)步效果在于:
[0018]本實用新型提供了一種基于嵌入式系統(tǒng)并帶有顯示屏的分布式光纖測溫裝置，以實現(xiàn)既降低功耗、減小設(shè)備尺寸，又能現(xiàn)場顯示監(jiān)控信息和設(shè)置參數(shù)的功能。另外本裝置采用自主研發(fā)的高速采集卡，專用于采集DTS信號，成本低廉，性能可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型較佳實施例的分布式光纖測溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本實用新型較佳實施例的分布式光纖測溫裝置中的FPGA采樣主板上的部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面通過實施例的方式進(jìn)一步說明本實用新型，但并不因此將本實用新型限制在所述的實施例范圍之中。
[0022]如圖1和2所示，在本實用新型實施例中提供了 一種分布式光纖測溫裝置，其包括一脈沖激光光源1、一波分復(fù)用器2、一內(nèi)參考光纖盒3、一光開關(guān)4、一傳感光纖5、一放大電路6、一米集電路7和一 ARM微處理器8。該脈沖激光光源I的輸出端與該波分復(fù)用器2的輸入端連接，該波分復(fù)用器2的輸出端分別與該放大電路6的兩個輸入端和該內(nèi)參考光纖盒3的輸入端連接,該內(nèi)參考光纖盒3與該光開關(guān)4的輸入端相連,該光開關(guān)4的輸出端與該傳感光纖5相連，該放大電路6的輸出端分別與該采集電路7的兩個輸入端連接，該采集電路7分別與該ARM微處理器8和該脈沖激光光源I相連接，其中該放大電路6與該采集電路7均集成在FPGA米樣主板上,該ARM微處理器8設(shè)在一嵌入式主板上。
[0023]其中，該脈沖激光光源I為高峰值功率窄脈沖激光光源,脈沖持續(xù)時間小于5ns，峰值功率30w，譜線寬度1.5nm。該波分復(fù)用器2為拉曼1x3波分復(fù)用器，用于分離斯托克斯光和反斯托克斯光。該內(nèi)參考光纖盒3中設(shè)有200m的內(nèi)參考光纖，內(nèi)參考光纖用于實時校準(zhǔn)溫度偏差。
[0024]參考圖2所示，該放大電路6包括依次相連接的一光電接收管61、一第一放大器62、一第一鏡像電流源63、一第二放大器64、一第二鏡像電流源65、一第三放大器66和一差分放大器67，該光電接收管61用于將該波分復(fù)用器2傳輸來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號依次流經(jīng)該第一放大器62、該第一鏡像電流源63、該第二放大器64、該第二鏡像電流源65和該第三放大器66，并由該差分放大器67將電信號轉(zhuǎn)換為差分信號。為了提高測量的靈敏度，該光電接收管61采用了 APD，且電路中加入頻率響應(yīng)電路，以消除電路的頻率共振；為了提高信噪比，電路中采用了電壓信號向電流信號的轉(zhuǎn)化，然后又由電流信號向電壓信號的轉(zhuǎn)換(即鏡像電流源電路，具體為該第一鏡像電流源63和該第二鏡像電流源65)。
[0025]該采集電路7包括一用于將該差分信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的ADC芯片71和一用于采集該數(shù)字信號的FPGA72。該FPGA72采用400M主頻，該ADC芯片71的轉(zhuǎn)換頻率達(dá)到了150M,使得采樣精度更高，分辨率更好。
[0026]該FPGA采樣主板上還包括自動控制電路，該自動控制包括外觸發(fā)激光器發(fā)光的控制和共模電平的自動調(diào)控。激光器發(fā)脈沖光的間隔時間與測量的距離有關(guān)，因此自動控制電路需要根據(jù)測量距離來確定對激光器的觸發(fā)間隔時間。共模電平的自動調(diào)控，因為隨著溫度的變化和放大電路的不同增益的變化，其共模電平也會相應(yīng)的變化，而共模電平的變化使得差分運放輸出的差分信號也會變化，從而影響該ADC芯片71的測量范圍，而共模電平的自動調(diào)控就正好能解決掉這個問題，方法是:該FPGA72連接一DAC芯片73，該DAC芯片73分別與一第一運算放大器74和一第二運算放大器75相連接，該第一運算放大器74與該第一放大器62的負(fù)輸入端相連接,該第二運算放大器75與該第二放大器64的負(fù)輸入端相連接。該FPGA72用于控制該DAC芯片73輸出電平分別至該第一運算放大器74和該第二運算放大器75,該第一運算放大器74用于將放大后的電平信號輸出至該第一放大器62的負(fù)輸入端,該第二運算放大器75用于將放大后的電平信號輸出至該第二放大器64的負(fù)輸入端，以達(dá)到調(diào)控共模電平的效果。
[0027]該ARM微處理器8與該FPGA72通信，讀取該FPGA72采樣到的數(shù)據(jù)，該ARM微處理器8將讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)運算后并將結(jié)果(如溫度值、報警數(shù)據(jù)等)通過一顯示器顯示在7寸液晶屏上。該ARM微處理器8還可通過串口或RJ45網(wǎng)口(RJ45接口通常用于數(shù)據(jù)傳輸，最常見的應(yīng)用為網(wǎng)卡接口)與遠(yuǎn)程計算機傳輸數(shù)據(jù)與指令，以便組成傳感網(wǎng)絡(luò)。
[0028]本實用新型針對現(xiàn)有國內(nèi)外分布式光纖測溫裝置所存在的問題，結(jié)合實際中的使用情況而提供一種低功耗、體積小、帶液晶顯示屏、操作更便利、成本更低的新型分布式光纖測溫裝置。
[0029]雖然以上描述了本實用新型的【具體實施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本實用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種分布式光纖測溫裝置，其包括一放大電路和一采集電路，其特征在于，該分布式光纖測溫裝置還包括一 ARM微處理器，該ARM微處理器和該采集電路相連接，且該ARM微處理器設(shè)在一嵌入式主板上，該放大電路和該采集電路均集成在一采樣主板上。
2.如權(quán)利要求1所述的分布式光纖測溫裝置，其特征在于，該分布式光纖測溫裝置還包括一波分復(fù)用器，該放大電路包括依次相連接的一用于將該波分復(fù)用器傳輸來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電接收管、一第一放大器、一第一鏡像電流源、一第二放大器、一第二鏡像電流源、一第三放大器和一用于將電信號轉(zhuǎn)換為差分信號的差分放大器。
3.如權(quán)利要求2所述的分布式光纖測溫裝置，其特征在于，該光電接收管為一APD。
4.如權(quán)利要求2所述的分布式光纖測溫裝置，其特征在于，該采集電路包括一用于將該差分信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的ADC芯片和一用于采集該數(shù)字信號的FPGA。
5.如權(quán)利要求4所述的分布式光纖測溫裝置，其特征在于，該分布式光纖測溫裝置還包括一與該FPGA相連接的DAC芯片、分別與該DAC芯片相連接的一第一運算放大器和一第二運算放大器，該第一運算放大器與該第一放大器的負(fù)輸入端相連接，該第二運算放大器與該第二放大器的負(fù)輸入端相連接； 該FPGA用于控制該DAC芯片輸出電平分別至該第一運算放大器和該第二運算放大器，該第一運算放大器用于將放大后的電平信號輸出至該第一放大器的負(fù)輸入端，該第二運算放大器用于將放大后的電平信號輸出至該第二放大器的負(fù)輸入端。
6.如權(quán)利要求1所述的分布式光纖測溫裝置，其特征在于，該分布式光纖測溫裝置還包括一顯不器。
【文檔編號】G01K11/32GK203719792SQ201420003437
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】陸宗源, 康宏偉, 吳明生, 阮志光, 郭峰 申請人:上海光維通信技術(shù)股份有限公司