[发明专利]一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及到信息数据采集，具体地说，是对分布式光纤传感器的数据进行采集的装置和方法。

背景技术

分布式温度传感器、分布式应力传感器和光时域反射仪都是用来从光纤中收集物理参数数据的反射系统。该系统中激光源向光纤中发射光脉冲，光纤上的每个点都会产生微弱的散射光。一些散射光会背向散射回激光源。背向反射回来的光包含不同波长的光。通过探测这些背向散射光的波长和强度，可以测量出温度，应力或损耗等物理参数。既然光在光纤中的传播速度以及脉冲输入开始时间都是已知的，那么可以计算出背向散射光从光纤中产生的位置。上述系统中背向散射光返回到激光源，通过光耦合器或环行器传至光电探测器。背向散射光转换成的电信号必须通过模拟数字转换器（ADC）转换为数字信号。之后，PC或微处理器可将该原始信号转换为物理数据，如温度或应力。背向反射信号是连续的且与整个光纤的状况相关，因此可以对整个光纤进行分布式的物理量测量。

在现有技术中的数据采集系统如图1所示，图1是传统的数据采集方法的系统结构示意图。该系统结构上包括有激光源1、光纤、光滤波器2、光电转换器3、数据采集系统4。所述的采集系统4包括快速采样器5、模拟数字转换器6、处理单元7。激光源1连接一根光纤并向光纤中发射激光脉冲。光滤波器2过滤背向散射回来的光，将拉曼光、布里渊光或瑞利光提取出来，传输至光电转换器3。光电转换器3接收到波长为激光干涉信号并将其转换成有效的电压信号，快速采样器5根据触发信号进行数据采集。

现有技术的数据采集系统中，假若为使PC或微处理器连续获取间隔1m的光纤上的数据，模拟数字转换器的转换速度必须达到100M/S，那么采样分辨率由模拟数字转换器的采样速度决定。若要求系统的测量精度达到1m（即空间采样率），那么模拟数字转换器的采集间隔必须达到10ns，因此模拟数字转换器的采样频率需达到100MHz。如果采样分辨率为2m，采集间隔可以为20ns，那么模拟数字转换器的采样频率为 50MHZ。这将大大提高了模拟数字转换器的要求，将增加系统的成本。

另外，由于数据传输速度高，需要高性能的电子设备计算出平均分布数据，并通过计算将光能转换为温度或其他的物理量。因此如果要降低分布式温度传感系统的成本和功耗，可以通过降低系统的性能来解决，然而若单单降低数据采集速度，例如从100MHz降到50MHz，会使采样间隔从1m增加到2m，2m的采样分辨率不如1m的采样分辨率包含的信息详细，大大限制了其应用精度和应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种新的分布式光纤传感系统中数据采集的装置和方法。本发明数据采集的装置和方法要能够降低对模拟数字转换器的转换速度要求，使用廉价的低性能集成器件就能够达到更高的测量精度，并且还能够可控地获得光纤上任意位置的定位以及整条光纤的分布式测量。

为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，所述的分布式光纤传感系统包括有激光源、光耦合器或环行器、光纤、滤光片、光电转换器和数据采集装置，所述激光源发出的激光脉冲经光耦合器或环行器进入光纤，光纤中反射回的背向散射光经光耦合器或环行器后依次进入滤光片和光电转换器，经光滤波和光电转换的电信号进入至数据采集装置中，其特征在于，所述的数据采集装置包括有依次连接的采样和保持单元、模拟数字转换器以及处理单元，所述的采样和保持单元一端连接光电转换器以接收数据，采样和保持单元另一端输出的数据经模拟数字转换器输入至处理单元；在所述的采样和保持单元与激光源之间设有控制脉冲发射时序的触发系统。

在本发明分布式光纤传感系统中数据采集的装置中，在所述的采样和保持单元与模拟数字转换器之间还设有过滤器，采样和保持单元输出的数据依次经过滤器和模拟数字转换器输入至处理单元。

在本发明分布式光纤传感系统中数据采集的装置中，所述的触发系统中存储有预定用户定义的光纤上的特定位置，配置的第一束激光脉冲在t0时发出，第二束激光脉冲在t1时发出，对应光纤上特定的位置，该t0与t1之间的时间差对应特定位置的长度，该长度由激光在光纤中的传播速度和时延计算得出。

在本发明分布式光纤传感系统中数据采集的装置中，所述的采样和保持单元中设有求平均值模块和数据保持模块，所述的平均值模块接收采样的电信号并求平均值，所述的数据保持模块将所得的平均值保持一定时间。

在本发明分布式光纤传感系统中数据采集的装置中，所述的光电转换器为光电二极管、雪崩光电二极管或PIN光电二极管。