一种光纤测温模块的制作方法

本发明涉及一种光纤测温模块，属于光纤测温领域。

背景技术：

1、随着分布式光纤测温技术的发展,现如今越来越多地应用在隧道等狭长空间的火灾探测中.利用分布式光纤测温系统,可以有效地对隧道内发生的火情进行及时准确的报警,对保护生命和财产安全有很大的作用。理论上光纤上每一点的温度值都可以得出有无穷个温度值，但在实际中只能得到有限数量的温度值，导致对环境测温不精确。空间分布率是影响测温精度的主要因素，它是保证测温精度的最短的光纤长度，空间分辨率越高越有利于整个空间的测温。入射激光脉冲的宽度与空间分辨率有着直接的联系，脉冲宽度越窄，空间分辨率越高。入射激光的脉冲宽度要达到ns级才能实现空间分辨率的提升。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种光纤测温模块，用以解决光纤测温过程中由于空间分布率低导致的测温不精确的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明的方案包括：

3、一种光纤测温模块，包括驱动模块、激光器、光纤、分光模块、传感转换模块和主板，驱动模块用于生成驱动信号控制激光器产生信号光源；光纤用于传输信号光源；分光模块用于得到携带温度信息的光信号；传感转换模块用于将分光模块得到的光信号转换为电信号；主板用于根据传感转换模块转换的电信号确定出对应温度信息；驱动模块包括有脉宽调整电路，脉宽调整电路至少包括一个晶体管组成，用于调整激光器生成的信号光源的脉宽，使脉宽达到设定要求。

4、通过脉宽调整电路驱动激光可以调整激光器生成的脉冲信号的脉宽，防止激光器的脉冲驱动电路在高速驱动时出现过冲和拖尾的现象，实现纳秒级脉冲驱动，使得脉冲宽度变窄，空间分布率变高，提高测温的精确度。

5、进一步地，脉宽调整电路包括2个晶体管，两个晶体管分别为npn管和pnp管，npn管和pnp管并联在电源和地之间。

6、其有益效果为：脉宽调整电路的2个晶体管采用并联的方式控制电路的开断，能抑制零点漂移，去除驱动中存在的过冲和拖尾现象。

7、进一步地，脉宽调整电路包括4个晶体管，包括第一npn管、第二npn管、第一pnp管和第二pnp管，第一npn管与第一pnp管串联并与串联的第二npn管和第二pnp管并联，第一npn管与第一pnp管之间串设有第一电容第二npn管和第二pnp管串设有第二电容。

8、其有益效果为：脉宽调整电路采用4个晶体管串并联的方式连接，增加了电路的稳定性。

9、进一步地，分光模块包括波分复用器、掺铒光纤、光隔离器、光滤波器，波分复用器用于对光纤输出的背向散射光进行分光，掺铒光纤用于对波分复用器分光得到光信号进行放大、光隔离器用于对放大后的光信号进行干扰隔离，光滤波器用于对放大后的光信号进行杂光滤除，得到携带温度信息的光信号。

10、其有益效果为：通过掺铒光纤、波分复用器、光隔离器、光滤波器，放大信号，降低损耗，从背向散射光中剔除瑞利散射光，获得温度敏感的反斯托克斯(anti-stokes)光信号和温度不敏感的斯托克斯(stokes)光信号。

11、进一步地，传感转换模块包括apd雪崩光电二极管，用于对分光模块分离出的光信号转换为电信号。

12、其有益效果为：传感转换模块采用apd雪崩光电二极管，apd采用高响应度、低暗电流、小电容、高速度、宽带宽、平面正照结构、可靠性高、稳定性好的特性的雪崩光电探测器，可以高效地接收光强以及稳定地输出电流。

13、进一步地，传感转换模块还包括跨阻放大电路，跨阻放大电路包括放大器、反馈电阻和反馈电容，放大器的反馈支路上并联了反馈电阻和反馈电容，用于将apd雪崩光电二极管产生的电流转换为电压，并将信号进行放大后输出。

14、其有益效果为：在放大器的反馈支路上并联反馈电阻和反馈电容用来补偿放大电路的相位移动，跨阻放大电路带宽高，适合于高速电路，反馈电阻将pd产生的电流转换为电压，能抑制光功率和色散衰减带来的噪声信号，使信号更稳定。

15、进一步地，主板包括a/d转换模块、外部ram存储模块、fpga数据采集模块以及dsp模块，a/d转换模块用于采集传感转换模块传输的模拟电信号并转换为数字信号；外部ram存储模块用于接收数字信号；fpga数据采集模块控制a/d转换模块的启动和停止；dsp数据处理模块用于根据fpga数据采集模块的指令，从外部ram存储模块获取ad数据，根据ad数据进行温度计算得到温度数据信息。

16、其有益效果为：在此模块中，fpga可以进行灵活的外围器件和芯片的控制，提供一定的高速数据处理，并且因为独立于系统核心而易于修改和升级。dsp则可以进行高速的数据处理，利用函数库提供的高效的处理算法，对原始数据进行滤波，提取有用的温度数据信息。

技术特征：

1.一种光纤测温模块，包括驱动模块、激光器、光纤、分光模块、传感转换模块和主板，驱动模块用于生成驱动信号控制激光器产生信号光源；光纤用于传输信号光源；分光模块用于得到携带温度信息的光信号；传感转换模块用于将分光模块得到的光信号转换为电信号；主板用于根据传感转换模块转换的电信号确定出对应温度信息；其特征在于，所述驱动模块包括有脉宽调整电路，所述脉宽调整电路至少包括一个晶体管组成，用于调整激光器生成的信号光源的脉宽，使脉宽达到设定要求。

2.根据权利要求1所述的光纤测温模块，其特征在于，所述脉宽调整电路包括2个晶体管，两个晶体管分别为npn管和pnp管，npn管和pnp管并联在电源和地之间。

3.根据权利要求1所述的光纤测温模块，其特征在于，所述脉宽调整电路包括4个晶体管，包括第一npn管、第二npn管、第一pnp管和第二pnp管，第一npn管与第一pnp管串联并与串联的第二npn管和第二pnp管并联，第一npn管与第一pnp管之间串设有第一电容第二npn管和第二pnp管串设有第二电容。

4.根据权利要求2或3所述的光纤测温模块，其特征在于，所述分光模块包括波分复用器、掺铒光纤、光隔离器、光滤波器，波分复用器用于对光纤输出的背向散射光进行分光，掺铒光纤用于对波分复用器分光得到光信号进行放大，光隔离器用于对放大后的光信号进行干扰隔离，光滤波器用于对放大后的光信号进行杂光滤除，得到携带温度信息的光信号。

5.根据权利要求2或3所述的光纤测温模块，其特征在于，所述传感转换模块包括apd雪崩光电二极管，用于对分光模块分离出的光信号转换为电信号。

6.根据权利要求5所述的光纤测温模块，其特征在于，所述传感转换模块还包括跨阻放大电路，跨阻放大电路包括放大器、反馈电阻和反馈电容，放大器的反馈支路上并联了反馈电阻和反馈电容，用于将apd雪崩光电二极管产生的电流转换为电压，并将信号进行放大后输出。

7.根据权利要求2或3所述的光纤测温模块，其特征在于，所述主板包括a/d转换模块、外部ram存储模块、fpga数据采集模块以及dsp模块，a/d转换模块用于采集传感转换模块传输的模拟电信号并转换为数字信号；外部ram存储模块用于接收数字信号；fpga数据采集模块控制a/d转换模块的启动和停止；dsp数据处理模块用于根据fpga数据采集模块的指令，从外部ram存储模块获取所述ad数据，根据所述ad数据进行温度计算得到温度数据信息。

技术总结
本发明涉及一种光纤测温模块，包括驱动模块、激光器、光纤、分光模块、传感转换模块和主板，驱动芯片用于生成驱动信号控制激光器产生脉冲信号；激光器用于产生信号光源；光纤用于传输光信号并产生背向散射光；分光模块用于得到携带温度信息的光信号；传感转换模块基于分光模块得到的光信号转换为电信号；主板基于传感转换模块转换的电信号得到温度数据信息；在现有驱动模块的基础上添加了射频晶体管搭建差动互补电路来驱动激光器，抑制零点漂移并且去除了驱动中存在的过冲和拖尾现象，实现纳秒级脉冲驱动，从而使空间分辨率得到进一步提升，达到更精确的测温效果。

技术研发人员：张鹏翀,张宏,石邦凯,杜一村,殷楠,薛寒寒,冯宪周
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一三研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1