[发明专利]一种用于长距离分布式光纤测温系统中的电子学系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式光纤测温技术领域，尤其涉及一种长距离分布式光纤测温系统中的电子学系统及其实现方法。

背景技术

分布式光纤测温系统（以下称DTS系统）广泛应用于各种火灾监控现场，例如公路隧道、地铁隧道、电力电厂的动力电缆隧道、石油化工储油罐等现场。DTS系统是一种基于OTDR和拉曼散射原理研制而成的温度测量系统，其温度传感器是光纤（通常制作成光缆）。DTS系统利用光纤的拉曼效应，即光纤铺设位置（空间）的温度场调制了光纤中传输的后向拉曼散射光，经光电转换及信号处理后就可解调出温度场的实时温度信息。

DTS系统根据拉曼散射原理来解调温度信息，由于拉曼散射光十分微弱，因此通常采用APD（雪崩二极管）作为光电转换器，并把APD产生的微弱信号进行放大，然后进行数据采集和处理。但是，当系统探测距离变长时，例如探测距离超过20km时，拉曼散射光变得十分微弱，采用常规的电子学处理方法，对电子学系统的动态范围要求非常高，实现困难。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于长距离分布式光纤测温系统中的电子学系统，可以有效解决系统动态范围不足的难题。

为了达到上述目的，本发明提出了一种用于长距离分布式光纤测温系统中的电子学系统，该系统包括第一信号调理与模数转换模块、第二信号调理与模数转换模块、同步信号发生器、FPGA和工业计算机 ，其特征在于：所述第一信号调理与模数转换模块、第二信号调理与模数转换模块、同步信号发生器共同连接FPGA，FPGA连接工业计算机。

进一步地，所述第一信号调理与模数转换模块和第二信号调理与模数转换模块具有相同的结构，都由APD、第一级放大器、前段放大器、后段第一级放大器和后段第二级放大器、前段模数转换器和后段模数转换器组成，所述APD 连接第一级放大器，第一级放大器分别连接前段放大器和后段第一级放大器，前段放大器连接前段模数转换器，后段第一级放大器连接后段第二级放大器，后段第二级放大器连接后段模数转换器。

进一步地，所述FPGA, 其内部由第一数据采集控制器、第二数据采集控制器、第三数据采集控制器、第四数据采集控制器，第一数据累加器、第二数据累加器、第三数据累加器、第四数据累加器，第一曲线合成器、第二曲线合成器及数据输出控制单元组成，所述第一数据采集控制器、第二数据采集控制器、第三数据采集控制器、第四数据采集控制器分别连接第一数据累加器、第二数据累加器、第三数据累加器和第四数据累加器，所述第一数据累加器和第二数据累加器分别连接第一曲线合成器，所述第三数据累加器和第四数据累加器分别连接第二曲线合成器，所述第一曲线合成器和第二曲线合成器分别连接数据输出控制单元，数据输出控制单元连接工业计算机。

所述第一信号调理与模数转换模块和第二信号调理与模数转换模块，分别用于接收系统中拉曼信号中的Stocks信号和Anti-Stocks信号，并依次完成光电转换、信号调理及模拟信号到数字信号的转换过程。 

所述同步脉冲发生器，其功能是产生频率可设置的具有一定重复频率的同步脉冲信号，完成系统光电部分以及后端数据采集部分的同步。

所述FPGA，其功能是实现系统的数据采集、累加、曲线合成及数据传输。

所述工业计算机，其功能是用来对拉曼信号进行计算，解调出温度信号。

所述APD，其功能是实现光信号到电信号的转换，即把拉曼散射光信号，即Stocks光和Anti-stocks光转变成微弱电信号。

所述第一级放大器，其功能是实现微弱信号的初级放大。

所述前段放大器，其功能是用来实现拉曼曲线的前半部分信号，即散射信号的前段部分信号的放大，由于前段信号比较强，因此只需要两级放大就满足温度解调条件。

所述后段第一级放大器和后段第二级放大器，其功能是用来对拉曼曲线的后半部分信号；由于后段信号比较微弱，尤其是曲线末端部分，因此需要三级放大才能满足温度解调条件。

所述前段模数转换器和后段模数转换器，其功能都是用来实现模拟信号到数字信号的转换。

所述第一数据采集控制器、第二数据采集控制器、第三数据采集控制器和第四数据采集控制器，其功能是根据同步信号来对输入的各路信号进行采集。

所述第一数据累加器、第二数据累加器、第三数据累加器和第四数据累加器，其功能是对采集到的数据进行累加。

所述第一曲线合成器，其功能是把第一数据累加器和第二数据累加器的数据合成一组前后完成连的数据，从而获得完整的Stocks拉曼信号曲线。