[实用新型]分布式光纤测温系统用高速A/D数据采集卡

说明书

技术领域

本实用新型涉及高速数据采集卡，尤其涉及一种基于拉曼散射的分布式光纤测温系统用高速A/D数据采集卡。

背景技术

分布式光纤拉曼测温系统是一种用于实时感测空间温度场分布的传感系统。它利用光纤作为温度信息的传感和传输介质，根据光在光纤中传输时产生的背向拉曼（Raman）散射光所携带的温度效应测量光纤路径的温度信息，同时采用光时域反射（OTD Optical Time Domain）技术对光纤路径的温度空间分布进行定位，从而实现沿光纤连续分布的温度信息的实时分布式测量。与传统温度测量技术相比，具有可测距、可复用、抗强电磁干扰、耐高压、适用于易燃易爆环境、能实时分布式测量等优点。因此可广泛应用于电力、石油、隧道等的温度监测和火灾预警。

但光纤拉曼测温系统也有其缺点，主要就是背向拉曼散射光强很弱，约为入射光的10^-8，测量的温度信息几乎完全淹没在噪声当中。为了提高系统的信噪比，根据噪声的随机特性，一般采用增加信号累加次数的方法。此外，由于是分布式测量，在同一时间需要测量大量的点（几千个），因此从实际应用角度看，如何提高数据的采集与处理能力就成为了实现系统高速和高精度要求的关键技术之一。。

早期的数据采集与处理主要由瞬态记录仪和微型计算机来完成，但由于要处理大量的数据，对微型计算机的实时计算有很高的要求，不容易控制。目前，国内主要采用数据采集卡与计算机相结合的上、下位机来实现，但高速数据采集卡一般价格昂贵，而且受到国外的技术限制。此外，当前常用的数据采集装置的系统软件设计，多采用单任务顺序机制，这样就存在系统安全性差的问题，这对于稳定性、实时性要求很高的光纤拉曼测温系统数据采集装置来说是不允许的。再者，数据采集卡一般采用PCI（Peripheral Component Interconnection，周边元件扩展接口）总线接口，必须连接计算机的PCI插槽才可以采集数据，使用不便。也有报道采用两片A/D并行实现高速数据采集，但由于通道失配误差的影响，难以实现高精度的要求，而且因为使用两片A/D，存在成本高、电路设计复杂等缺点。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是：克服上述现有技术存在的不足，提出一种使用方便、成本低、能够满足分布式光纤拉曼测温系统高速率和高精度要求的高速A/D数据采集卡。

一种分布式光纤拉曼测温系统用高速A/D数据采集卡，包括电路板，所述电路板上设有A/D转换器、可同时输入两路单端信号或者两路差分信号的信号输入单元、同步脉冲控制单元、信号单端输入变差分输入单元、触发开关、稳压电路、数模串行接口、实现输出信号与外部电路的电平匹配的电平转换单元和信号输出单元，所述触发开关在所述同步脉冲控制单元的触发下完成A/D数据采集的开或关。

    优选的，所述A/D转换器是速率在100MSPS以上、分辨率为14位的高速A/D转换器。

    进一步优选的，所述同步脉冲控制单元采用激光器输出的激光脉冲作为时钟脉冲。

本实用新型的有益效果是：

      1) 本实用新型采用一片A/D转换器同时接收拉曼散射的两路输入信号，相比采用国外昂贵的高速数据采集卡或使用两个A/D转换器，成本更低，仅有传统技术方案的1/4左右；而且相比使用两片A/D的测温系统，电路设计更加简单，也不存在通道失配引起的误差影响，精度更高。

      2) 改变了传统数据采集卡的信号输入方式，本实用新型的高速A/D数据采集卡采用信号差分输入，可以有效的减小外部干扰，提高精度。

      3) 通过激光器输出的同步脉冲实现对信号的同步采样，可以满足双通道信号采样的同步性要求。

      4) 完成A/D转换后，通过本地的FPGA或DSP在硬件上就可以完成对信号数据的累加等处理，而传统的数据采集卡一般通过采用单任务顺序机制的软件处理数据，因此本实用新型应用于分布式光纤拉曼测温系统可以有效避免软件设计所存在的计算速度较慢、系统稳定性和实时性相对较差等问题，满足了系统对数据高速处理的要求。同时因其具有嵌入式的特点，在本地就可以独立完成数据采样和处理，也可以通过USB、TCP/IP传输到上位机，而传统数据采集卡必须连接计算机才可以完成数据采集，因此本实用新型的高速A/D采集卡使用更加方便；

      5) 在数据处理单元，通过采用数据累加算法，可以提高信噪比；