专利名称：一种具有高空间分辨率高速度的光纤测温传感系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度监控的技术领域，具体的说是一种具有高空间分辨率高速 度的光纤测温传感系统，特别涉及其设备连接结构。
技术背景光纤测温传感系统主要用于交通、建筑、电力、煤矿、石化等行业，其作 用是对这些重要的场所进行实时温度监控。它对与保证工业系统设备正常运行， 保障生命和财产的安全起着重要的作用。现有的光纤测温传感系统是由激光驱动器、激光器、同步控制器、耦合器、 恒温槽、参考光纤、分光器、光电探头、信号放大器、数据采集器和计算机组 成。其工作原理为激光器连续不断地向探测光缆中发射激光，激光在光缆中 传输过程中会发生后向散射，由于喇漫光谱对温度是敏感的，可通过耦合器和 分光器将后向散射光中的喇漫光谱分离出来，再经过光电转换和信号放大处理 后进行数据采集，然后再将采集到的数据送往数据处理器计算机进行处理计算， 最终得出温度数据。在光纤传感系统中，空间分辨率是一个十分重要的参数,在测量温度场信息 时，总是希望空间分辨率尽可能的小，同时又要求测温的精度尽可能的高，还需 要系统具有快速的探测特性。为改善空间分辨率，必然要提高数据采集器采样的 速率，激光在传感光纤中的传输速率约为2X108m/s，为满足1米的空间分辨率， 数据采集器的速率将达到100Mb/s(在这里不考虑系统带宽的影响)；提高测温精 度必然要求增加数据采集器采样位数,温度信号是淹没于噪声之中的，所以实际 采样的对象是带有噪声的信号。实验证明，若系统的测温量程为-250 70(TC，为 了保证士2。C的测温精度，数据采集器位数不得低于10位；而数据采集器的高 采样率与高采样位数是相互制约的两个参数；因此，现有的光纤温度传感系统在 满足测温精度的情况下空间分辨率很难做到很小。另外现有的光纤测温传感系 统采用计算机来做数据处理，计算机对送来的数据并非及时进行处理的，这就影响了光纤测温传感系统数据处理速度，从而影响系统的探测响应速度。故仍然需要对现有技术进行进一步改进。 发明内容本发明的目的在于提供一种具有高空间分辨率高速度的光纤测温传感系统，其可在保证测温精度的同时可以将空间分辨率做到很小，100Mbs速度的数 据采集器可以达到0. 2米的空间分辨率，并且采用高速FPGA来进行数据处理， 提高系统响应速度，克服了现有技术中存在的缺点和不足。为了实现上述目的，本发明的技术方案是 一种具有高空间分辨率高速度 的光纤测温传感系统，它包括激光器，激光器的一端与激光驱动器的一端连接， 激光器的另一端与耦合器的一端连接，激光驱动器的另一端与同步控制器的一 端连接，耦合器的另外两端分别和分光器的一端、参考光纤连接，而参考光纤 置于恒温槽内，分光器的另一端与光电转换器一端连接，光电转换器的另一端 与信号放大器的一端连接，信号放大器的另一端与数据采集器的一端连接，其 特征在于所述数据采集器的另外两端分别和时序控制器的一端、信号综合器 的一端连接，同步控制器的另外两端分别和时序控制器的另一端、数据处理器 的一端连接，数据处理器的另一端与信号综合器的另一端连接。本发明公开了一种具有高空间分辨率高速度的光纤测温传感系统，其与传 统的光纤测温传感系统相比本发明有如下优点和积极效果，1、采用多个数据采 集器并行采集数据，縮小了空间分辨率；2、使用高速FPGA来处理数据，加快 了数据处理速度。其可在保证测温精度的同时可以将空间分辨率做到很小， 100Mbs速度的数据采集器可以达到0. 2米的空间分辨率，并且采用高速FPGA来 进行数据处理，提高系统响应速度。
下面结合附图和本发明的具体实施例对本发明作进一步详细描述 图1为本发明结构示意图； 图2为本发明采样电路工作原理图； 图3为本发明工作原理图。
具体实施方式
下面参照附图，对本发明迸一步进行描述本发明为一种具有高空间分辨率高速度的光纤测温传感系统，它主要包括激光器1，激光器1的一端与激光驱动器2的一端连接，激光器1的另一端与耦 合器3的一端连接，激光驱动器2的另一端与同步控制器4的一端连接，耦合 器的另外两端分别和分光器的一端、参考光纤连接，而参考光纤置于恒温槽内， 分光器的另一端与光电转换器一端连接，光电转换器的另一端与信号放大器的 一端连接，信号放大器的另一端与数据采集器的一端连接，其特征在于所述 数据采集器的另外两端分别和时序控制器的一端、信号综合器的一端连接，同 步控制器的另外两端分别和时序控制器的另一端、数据处理器的一端连接，数 据处理器的另一端与信号综合器的另一端连接。在具体实施时，所述系统中可设有2 100台数据采集器10，数据采集器之 间成并行排列，相位上彼此相差360。 /N， N代表数据采集器的数量，所述数据 处理器13可连接计算机14。其中计算机是外围设备，其它设备是封闭在一个箱体内，计算机通过数据 通讯接口和数据处理器进行通讯读取内部数据，并显示在计算机上。所述的激光驱动器(可采用MAXIM公司的MAX3646型)是采用高速电路制 作的电流驱动器，可以很好地驱动激光器发射激光；所述的激光器是半导体激光器(可采用Photonics Industries公司的 DC150-1064-PP型)，可根据激光驱动的驱动电流来发射激光；所述的耦合器是采用Y型光纤耦合器(可采用用上海汇珏公司的 J-NET-F0C-A型)，它将后向散射回来的激光分出一路传给分光器；所述的分光器采用棱镜式虑光片(可采用precisio叩hotonics公司的 MI1000-TiD型)来虑光，将多余的光虑掉，只留下喇漫光；所述的光电转换器采用高灵敏度APD雪崩二极管(可采用深圳兴博公司的 InGaAs APD型)来探测激光，将喇漫激光信号转换电信号；所述的放大器是采用德州仪器公司的0PA365型高性能的运算大器；所述的数据采集器可采用德州仪器公司的高速数据采集器(ADS62P15型)， 运行速度为100Mb/s;所述的时序控制器可采用德州仪器公司的相位定位器(CDC2586型)来实现的；所述的综合器是将各个数据采集器采集来的信号叠加起来，然后再送给数据处理器进行处理;所述的数据处理器是采用ALTERA公司的Cyclone II高速现场可编程门阵 列(FPGA)来实现的；所述的恒温槽是一个封闭的盒子，通过外部电路来控制其温度在25°C，可 采用深圳易利美公司的KSD型温度控制器；所述的探测光缆是采用62. 5/125Mm多模光纤加低烟无卤外护套，带宽范围 为>400MHZ@850nm 、 >1000MHZ@1300nm ， 衰减范围为《3. 0dB@850nm 、 《0. 8dB@1300nm;所述的参考光纤与探测光缆所用的光纤相同；所述的计算机是通用的工业级计算机。如图1中所示，本发明高分辨率光纤测温传感系统的数据采集部分是采用 多个数据采集器"并行"工作来提高采样速率。"并行"是指采样时间交替,其 工作原理如下:数据采集使用多个数据采集器，所使用的采样时钟频率相同(采 用频率为100Mb/s)，但是在相位上彼此相差360° /N(其中N为并行数据采集器 的个数)；所有的数据采集器都在时钟的上升沿进行采样，所以在一个时钟周期 内，各个数据采集器轮流进行一次采样，等价的结果便是采样速率提高了 N倍。 以N=5为例，5片数据采集器的时钟频率相同，相位相差72° ，如图2所示,5路数 据采集器分别使用"脉冲1"、"脉冲2"、"脉冲3"、"脉冲4"和"脉冲5" 得到"采样1"、"采样2"、"采样3"、"采样4"和"采样5"，将5路数据进 行综合的结果便得到"综合采用"。可见虽然时钟频率不变，但实际的采样频率 提高了 5倍。多路数据采样器的时序是靠时序控制器来实现的。如图1至图3中所示，当计算机发送开始测量命令给数据处理器时，数据 处理器就立刻驱动同步控制器发出同步脉冲要求激光驱动器和时序控制器同时 开始工作；激光驱动器接到同步控制器发来的同步脉冲后就开始驱动激光器工 作，向光纤中连续不断地发送激光信号；激光在光纤中传输会发生后向喇漫散 射，后向散射回来的激光信号被耦合器分离一路出来送往分光器；分光器就会 将送来的激光信号中的喇漫光信号分离出来，然后再传送给光电转换器将光信 号转换成电信号，然后再将电信号传送给放大器进行信号放大处理；经过放大 处理过的信号由并行的数据采集器来进行数据采集，经并行数据采集器采集到的数据再送往信号综合器来进行综合处理，然后再将综合后的数据送给高速FPGA数据处理进行处理；时序控制器接受到同步控制器发来的同步脉冲后运行 时序控制程序，使并行的数据采集器轮流按照一定的循序进行数据采集工作； 最后经FPGA高速数据处理器处理过的数据被送给计算机显示温度曲线。本发明中所述的激光器l、激光驱动器2、耦合器3、同步控制器4、分光 器5、参考光纤6、恒温槽7、光电转换器8、信号放大器9、数据采集器10、 时序控制器ll、信号综合器12、数据处理器13、计算机14的内部电路和内部 结构均为现有技术，不是本发明要求保护的范围，故在此不作进一步描述，本 发明要求保护的是它们之间的连接关系，所述的激光器l、激光驱动器2、耦合 器3、同步控制器4、分光器5、参考光纤6、恒温槽7、光电转换器8、信号放 大器9、数据采集器10、时序控制器11、信号综合器12、数据处理器13是封 闭在一个箱体内的，是作为一个整体的产品使用的。
权利要求
1、一种具有高空间分辨率高速度的光纤测温传感系统，它包括激光器(1)，激光器(1)的一端与激光驱动器(2)的一端连接，激光器(1)的另一端与耦合器(3)的一端连接，激光驱动器(2)的另一端与同步控制器(4)的一端连接，耦合器(3)的另外两端分别和分光器(5)的一端、参考光纤(6)连接，而参考光纤(6)置于恒温槽(7)内，分光器(5)的另一端与光电转换器(8)一端连接，光电转换器(8)的另一端与信号放大器(9)的一端连接，信号放大器(9)的另一端与数据采集器(10)的一端连接，其特征在于所述数据采集器(10)的另外两端分别和时序控制器(11)的一端、信号综合器(12)的一端连接，同步控制器(4)的另外两端分别和时序控制器(11)的另一端、数据处理器(13)的一端连接，数据处理器(13)的另一端与信号综合器(12)的另一端连接。
2、 根据权利要求1所述的一种具有高空间分辨率高速度的光纤测温传感系 统，其特征在于所述系统中可设有2 — 100台数据采集器(10)，数据采集器 之间成并行排列，相位上彼此相差360。 /N， N代表数据采集器的数量。
3、 根据权利要求1所述的一种具有高空间分辨率高速度的光纤测温传感系 统，其特征在于所述数据处理器(13)可连接计算机(14)。
全文摘要
本发明公开了一种具有高空间分辨率高速度的光纤测温传感系统，其特征在于数据采集器的另外两端分别和时序控制器的一端、信号综合器的一端连接，同步控制器的另外两端分别和时序控制器的另一端、数据处理器的一端连接，数据处理器的另一端与信号综合器的另一端连接，其与传统的光纤测温传感系统相比本发明有如下优点和积极效果，1.采用多个数据采集器并行采集数据，缩小了空间分辨率；2.使用高速FPGA来处理数据，加快了数据处理速度。其可在保证测温精度的同时可以将空间分辨率做到很小，100Mbs速度的数据采集器可以达到0.2米的空间分辨率，并且采用高速FPGA来进行数据处理，提高系统响应速度。
文档编号G01K11/32GK101216353SQ20081003237
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者周正仙 申请人:上海华魏自动化设备有限公司