專利名稱：一種用于長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)中的電子學(xué)系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式光纖測溫技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)中的電子學(xué)系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
分布式光纖測溫系統(tǒng)(以下稱DTS系統(tǒng))廣泛應(yīng)用于各種火災(zāi)監(jiān)控現(xiàn)場，例如公路隧道、地鐵隧道、電力電廠的動力電纜隧道、石油化工儲油罐等現(xiàn)場。DTS系統(tǒng)是一種基于OTDR和拉曼散射原理研制而成的溫度測量系統(tǒng)，其溫度傳感器是光纖(通常制作成光纜)。DTS系統(tǒng)利用光纖的拉曼效應(yīng)，即光纖鋪設(shè)位置(空間)的溫度場調(diào)制了光纖中傳輸?shù)暮笙蚶⑸涔猓?jīng)光電轉(zhuǎn)換及信號處理后就可解調(diào)出溫度場的實時溫度信息。DTS系統(tǒng)根據(jù)拉曼散射原理來解調(diào)溫度信息，由于拉曼散射光十分微弱，因此通常采用APD (雪崩二極管)作為光電轉(zhuǎn)換器，并把APD產(chǎn)生的微弱信號進(jìn)行放大，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。但是，當(dāng)系統(tǒng)探測距離變長時，例如探測距離超過20km時，拉曼散射光變得十分微弱，采用常規(guī)的電子學(xué)處理方法，對電子學(xué)系統(tǒng)的動態(tài)范圍要求非常高，實現(xiàn)困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種用于長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)中的電子學(xué)系統(tǒng)，可以有效解決系統(tǒng)動態(tài)范圍不足的難題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種用于長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)中的電子學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、同步信號發(fā)生器、FPGA和工業(yè)計算機(jī)，其特征在于所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、同步信號發(fā)生器共同連接FPGA，F(xiàn)PGA連接工業(yè)計算機(jī)。進(jìn)一步地，所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊具有相同的結(jié)構(gòu)，都由APD、第一級放大器、前段放大器、后段第一級放大器和后段第二級放大器、前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器和后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成，所述APD連接第一級放大器，第一級放大器分別連接前段放大器和后段第一級放大器，前段放大器連接前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器，后段第一級放大器連接后段第二級放大器，后段第二級放大器連接后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器。進(jìn)一步地，所述FPGA，其內(nèi)部由第一數(shù)據(jù)采集控制器、第二數(shù)據(jù)采集控制器、第三數(shù)據(jù)采集控制器、第四數(shù)據(jù)采集控制器，第一數(shù)據(jù)累加器、第二數(shù)據(jù)累加器、第三數(shù)據(jù)累加器、第四數(shù)據(jù)累加器，第一曲線合成器、第二曲線合成器及數(shù)據(jù)輸出控制單元組成，所述第一數(shù)據(jù)采集控制器、第二數(shù)據(jù)采集控制器、第三數(shù)據(jù)采集控制器、第四數(shù)據(jù)采集控制器分別連接第一數(shù)據(jù)累加器、第二數(shù)據(jù)累加器、第三數(shù)據(jù)累加器和第四數(shù)據(jù)累加器，所述第一數(shù)據(jù)累加器和第二數(shù)據(jù)累加器分別連接第一曲線合成器，所述第三數(shù)據(jù)累加器和第四數(shù)據(jù)累加器分別連接第二曲線合成器，所述第一曲線合成器和第二曲線合成器分別連接數(shù)據(jù)輸出控制單元，數(shù)據(jù)輸出控制單元連接工業(yè)計算機(jī)。
所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，分別用于接收系統(tǒng)中拉曼信號中的Stocks信號和Ant1-Stocks信號，并依次完成光電轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理及模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程。所述同步脈沖發(fā)生器，其功能是產(chǎn)生頻率可設(shè)置的具有一定重復(fù)頻率的同步脈沖信號，完成系統(tǒng)光電部分以及后端數(shù)據(jù)采集部分的同步。所述FPGA，其功能是實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、累加、曲線合成及數(shù)據(jù)傳輸。所述工業(yè)計算機(jī)，其功能是用來對拉曼信號進(jìn)行計算，解調(diào)出溫度信號。所述APD，其功能是實現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，即把拉曼散射光信號，即Stocks光和Ant1-stocks光轉(zhuǎn)變成微弱電信號。所述第一級放大器，其功能是實現(xiàn)微弱信號的初級放大。所述前段放大器，其功能是用來實現(xiàn)拉曼曲線的前半部分信號，即散射信號的前段部分信號的放大，由于前段信號比較強(qiáng)，因此只需要兩級放大就滿足溫度解調(diào)條件。所述后段第一級放大器和后段第二級放大器，其功能是用來對拉曼曲線的后半部分信號；由于后段信號比較微弱，尤其是曲線末端部分，因此需要三級放大才能滿足溫度解調(diào)條件。所述前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器和后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其功能都是用來實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。所述第一數(shù)據(jù)采集控制器、第二數(shù)據(jù)采集控制器、第三數(shù)據(jù)采集控制器和第四數(shù)據(jù)采集控制器，其功能是根據(jù)同步信號來對輸入的各路信號進(jìn)行采集。所述第一數(shù)據(jù)累加器、第二數(shù)據(jù)累加器、第三數(shù)據(jù)累加器和第四數(shù)據(jù)累加器，其功能是對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加。所述第一曲線合成器，其功能是把第一數(shù)據(jù)累加器和第二數(shù)據(jù)累加器的數(shù)據(jù)合成一組前后完成連的數(shù)據(jù)，從而獲得完整的Stocks拉曼信號曲線。所述第二曲線合成器，其功能是把第三數(shù)據(jù)累加器和第四數(shù)據(jù)累加器的數(shù)據(jù)合成一組前后完成連的數(shù)據(jù)，從而獲得完整的Ant1-stocks拉曼信號曲線。所述數(shù)據(jù)輸出控制單元，其功能是把累加完成的數(shù)據(jù)，輸出到工業(yè)計算機(jī)。一種用于長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)中的電子學(xué)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括如下步驟
第一步，所述同步信號發(fā)生器產(chǎn)生具一定重復(fù)頻率的同步脈沖信號；
第二步，所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收Stocks信號和Ant1-Stocks信號，并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換；
第三步，所述FPGA完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)累加和數(shù)據(jù)傳輸；
第四步，所述工業(yè)計算機(jī)分析拉曼數(shù)據(jù)并解調(diào)出溫度信號。進(jìn)一步地，所述第二步用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分段放大、接收和模數(shù)轉(zhuǎn)換，其具體實現(xiàn)步驟為
第21步,所述APD接收到拉曼散射光，即Stocks光或者Ant1-Stocks光,并實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生微弱電信號；
第22步，所述第一級放大器對所述APD產(chǎn)生的微弱信號進(jìn)行第一級放大；
第23步，所述前段放大器對第一級放大器放大的信號，即對拉曼曲線前半部分進(jìn)行放大；
第24步，所述后段第一級放大器和后段第二級放大器對拉曼曲線后半部分進(jìn)行放大；第25步，所述前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器對前段放大器輸出的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
第26步，所述后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器對后段第二級放大器輸出信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，即模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并由FPGA采集；
上述第二步，解決了信號動態(tài)范圍的問題。進(jìn)一步地，所述第三步實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和曲線的合成，具體實現(xiàn)步驟為
第31步，從第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的四路模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入到FPGA，F(xiàn)PGA中的第一數(shù)據(jù)采集控制器、第二數(shù)據(jù)采集控制器、第三數(shù)據(jù)采集控制器和第四數(shù)據(jù)采集控制器實現(xiàn)對輸入的四路模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的采集；所述第一數(shù)據(jù)采集控制器和第三數(shù)據(jù)采集控制器只采集拉曼曲線的前半部分，所述第二數(shù)據(jù)采集控制器和第四數(shù)據(jù)采集控制器只采集拉曼曲線的后半部分；這一步實現(xiàn)了拉曼曲線的分段采集功能；
第32步，所述第一數(shù)據(jù)累加器、第二數(shù)據(jù)累加器、第三數(shù)據(jù)累加器和第四數(shù)據(jù)累加器，分別對所述第一數(shù)據(jù)采集控制器、第二數(shù)據(jù)采集控制器、第三數(shù)據(jù)采集控制器和第四數(shù)據(jù)采集控制器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加；
第33步，所述第一曲線合成器完成對第一數(shù)據(jù)累加器和第二數(shù)據(jù)累加器產(chǎn)生的累加結(jié)果進(jìn)行曲線合成，也就是把采集到的拉曼曲線的前半部分和后半部分連接起來，變成一條完整的曲線；
第34步，所述第二曲線合成器完成對第三數(shù)據(jù)累加器和第四數(shù)據(jù)累加器產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行曲線合成，也就是把采集到的拉曼曲線的前半部分和后半部分連接起來，變成一條完整的曲線；
第35步，所述數(shù)據(jù)輸出控制單元把上述獲取的兩條曲線上傳到所述工業(yè)計算機(jī)。本發(fā)明的有益效果在于針對長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)后段信號微弱的特點，采用了分段放大、分段采集、曲線合成的方案，有效地解決了系統(tǒng)動態(tài)范圍不足的難題。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第一、第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式施例一為了更好的了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的
具體實施例方式
如附圖1所示一種用于長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)中的電子學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11、第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊12、同步信號發(fā)生器4、FPGA3和工業(yè)計算機(jī)5，其特征在于所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11、第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊12、同步信號發(fā)生器4共同連接FPGA3，F(xiàn)PGA3連接工業(yè)計算機(jī)5。所述同步脈沖發(fā)生器4，其功能是產(chǎn)生頻率可設(shè)置的具有一定重復(fù)頻率的同步脈沖信號，比如，重復(fù)頻率可以設(shè)置為10kHz，完成系統(tǒng)光電部分以及后端數(shù)據(jù)采集部分的同
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少；
所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊12，分別用于接收系統(tǒng)中拉曼信號中Stocks信號和Ant1-Stocks信號的接收，并完成光電轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理及模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。所述FPGA 3，其功能是實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、累加和數(shù)據(jù)傳輸；
所述工業(yè)計算機(jī)5，其功能是用來對拉曼信號進(jìn)行計算，解調(diào)出溫度信號。如附圖2所示所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊12具有相同的結(jié)構(gòu)，都由APD111、第一級放大器112、前段放大器113、后段第一級放大器114和后段第二級放大器115、前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器116和后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器117組成，所述APDlll連接第一級放大器112，第一級放大器112分別連接前段放大器113和后段第一級放大器114，前段放大器113連接前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器116，后段第一級放大器114連接后段第二級放大器115，后段第二級放大器115連接后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器117。如附圖3所示所述FPGA3，其內(nèi)部由第一數(shù)據(jù)采集控制器311、第二數(shù)據(jù)采集控制器312、第三數(shù)據(jù)采集控制器313、第四數(shù)據(jù)采集控制器314，第一數(shù)據(jù)累加器321、第二數(shù)據(jù)累加器322、第三數(shù)據(jù)累加器323、第四數(shù)據(jù)累加器324，第一曲線合成器331、第二曲線合成器332及數(shù)據(jù)輸出控制單元321組成，所述第一數(shù)據(jù)采集控制器311、第二數(shù)據(jù)采集控制器312、第三數(shù)據(jù)采集控制器313、第四數(shù)據(jù)采集控制器314分別連接第一數(shù)據(jù)累加器321、第二數(shù)據(jù)累加器322、第三數(shù)據(jù)累加器23和第四數(shù)據(jù)累加器324，所述第一數(shù)據(jù)累加器321和第二數(shù)據(jù)累加器322分別連接第一曲線合成器331，所述第三數(shù)據(jù)累加器323和第四數(shù)據(jù)累加器324分別連接第二曲線合成器332，所述第一曲線合成器331和第二曲線合成器32分別連接數(shù)據(jù)輸出控制單元341，數(shù)據(jù)輸出控制單元341連接工業(yè)計算機(jī)5。所述APD 111，其功能是實現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，即把拉曼散射光信號(Stocks光和Ant1-stocks光)轉(zhuǎn)變成微弱電信號；
所述第一級放大器112，其功能是實現(xiàn)微弱信號的初級放大；
所述前段放大器113，其功能是用來實現(xiàn)拉曼曲線的前半部分信號(散射信號的前段部分信號)的放大，由于前段信號比較強(qiáng)，因此只需要二級放大就滿足溫度解調(diào)條件；
所述后段第一級放大器114和后段第二級放大器115，其功能是用來對拉曼曲線的后半部分信號(散射信號的后段部分信號)的放大；由于后段信號比較微弱(尤其是曲線末端部分)，因此需要三級放大才能滿足溫度解調(diào)條件；
所述前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器116和后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器117，其功能都是用來實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換；
所述第一數(shù)據(jù)采集控制器311、第二數(shù)據(jù)采集控制器312、第三數(shù)據(jù)采集控制器313和第四數(shù)據(jù)采集控制器314，其功能是根據(jù)同步信號來對輸入的各路信號進(jìn)行采集；
所述第一數(shù)據(jù)累加器321、第二數(shù)據(jù)累加器322、第三數(shù)據(jù)累加器323和第四數(shù)據(jù)累加器324，其功能是對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加；
所述第一曲線合成器331，其功能是把第一數(shù)據(jù)累加器321和第二數(shù)據(jù)累加器322的數(shù)據(jù)合成一組前后完成連的數(shù)據(jù)，從而獲得完整的Stocks拉曼信號曲線；
所述第二曲線合成器332，其功能是把第三數(shù)據(jù)累加器323和第四數(shù)據(jù)累加器324的數(shù)據(jù)合成一組前后完成連的數(shù)據(jù)，從而獲得完整的Ant1-stocks拉曼信號曲線；
所述數(shù)據(jù)輸出控制單元341，其功能是把累加完成的數(shù)據(jù)，輸出到工業(yè)計算機(jī)5。一種用于長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)中的電子學(xué)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括如下步驟
設(shè)置同步脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的同步脈沖信號頻率為10kHz，
第一步，所述同步信號發(fā)生器4產(chǎn)生具一定重復(fù)頻率的同步脈沖信號；
第二步，所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊12接收Stocks信號和Ant1-Stocks信號，并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換；
第三步，所述FPGA3完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)累加和數(shù)據(jù)傳輸；
第四步，所述工業(yè)計算機(jī)5分析拉曼數(shù)據(jù)并解調(diào)出溫度信號。進(jìn)一步地，所述第二步用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分段放大、接收和模數(shù)轉(zhuǎn)換，其具體實現(xiàn)步驟為
第21步,所述APDlll接收到拉曼散射光，即Stocks光或者Ant1-Stocks光,并實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生微弱電信號；
第22步，所述第一級放大器112對所述APD 111產(chǎn)生的微弱信號進(jìn)行第一級放大；
第23步，所述前段放大器113對第一級放大器112放大的信號，即對拉曼曲線前半部分進(jìn)行放大；
第24步，所述后段第一級放大器114和后段第二級放大器115對拉曼曲線后半部分進(jìn)行放大；
第25步，所述前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器116對前段放大器113輸出的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
第26步，所述后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器117對后段第二級放大器115輸出信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，即模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并由FPGA采集；
上述第二步，解決了信號動態(tài)范圍的問題。進(jìn)一步地，所述第三步實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和曲線的合成，具體實現(xiàn)步驟為
第31步，從第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊12輸出的四路模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入到FPGA3，F(xiàn)PGA3中的第一數(shù)據(jù)采集控制器311、第二數(shù)據(jù)采集控制器312、第三數(shù)據(jù)采集控制器313和第四數(shù)據(jù)采集控制器314實現(xiàn)對輸入的四路模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的采集；
所述第一數(shù)據(jù)采集控制器311和第三數(shù)據(jù)采集控制器313只采集拉曼曲線的前半部分，所述第二數(shù)據(jù)采集控制器312和第四數(shù)據(jù)采集控制器314只采集拉曼曲線的后半部分；這一步實現(xiàn)了拉曼曲線的分段采集功能；
第32步，所述第一數(shù)據(jù)累加器321、第二數(shù)據(jù)累加器322、第三數(shù)據(jù)累加器323和第四數(shù)據(jù)累加器324，分別對所述第一數(shù)據(jù)采集控制器311、第二數(shù)據(jù)采集控制器312、第三數(shù)據(jù)采集控制器313和第四數(shù)據(jù)采集控制器314采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加；
第33步，所述第一曲線合成器331完成對第一數(shù)據(jù)累加器321和第二數(shù)據(jù)累加器322產(chǎn)生的累加結(jié)果進(jìn)行曲線合成，也就是把采集到的拉曼曲線的前半部分和后半部分連接起來，變成一條完整的曲線；
第34步，所述第二曲線合成器332完成對第三數(shù)據(jù)累加器323和第四數(shù)據(jù)累加器324產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行曲線合成，也就是把采集到的拉曼曲線的前半部分和后半部分連接起來，變成一條完整的曲線；
第35步，所述數(shù)據(jù)輸出控制單元341把上述獲取的兩條曲線上傳到所述工業(yè)計算機(jī)5。實施例二 根據(jù)實際需要，設(shè)置同步脈沖發(fā)生器4產(chǎn)生的同步脈沖信號頻率為IOkHz或其他頻率，信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)量為三個，相應(yīng)的FPGA3中數(shù)據(jù)采集控制器、數(shù)據(jù)累加器及曲線合成器分別為六個、六個、三個，系統(tǒng)各部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列及實施步驟同實施例一。以此類推。以上顯示和描述的是本發(fā)明的基本原理和主要特征，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解本發(fā)明不受上述使用方法的限制，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種用于長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)中的電子學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、同步信號發(fā)生器、FPGA和工業(yè)計算機(jī)，其特征在于所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、同步信號發(fā)生器共同連接FPGA，F(xiàn)PGA連接工業(yè)計算機(jī)；所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊具有相同的結(jié)構(gòu)， 都由APD、第一級放大器、前段放大器、后段第一級放大器和后段第二級放大器、前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器和后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器組成，所述APD連接第一級放大器，第一級放大器分別連接前段放大器和后段第一級放大器，前段放大器連接前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器，后段第一級放大器連接后段第二級放大器，后段第二級放大器連接后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述FPGA，其內(nèi)部由第一數(shù)據(jù)采集控制器、第二數(shù)據(jù)采集控制器、第三數(shù)據(jù)采集控制器、第四數(shù)據(jù)采集控制器，第一數(shù)據(jù)累加器、第二數(shù)據(jù)累加器、第三數(shù)據(jù)累加器、第四數(shù)據(jù)累加器，第一曲線合成器、第二曲線合成器及數(shù)據(jù)輸出控制單元組成，所述第一數(shù)據(jù)采集控制器、第二數(shù)據(jù)采集控制器、第三數(shù)據(jù)采集控制器、第四數(shù)據(jù)采集控制器分別連接第一數(shù)據(jù)累加器、第二數(shù)據(jù)累加器、第三數(shù)據(jù)累加器和第四數(shù)據(jù)累加器，所述第一數(shù)據(jù)累加器和第二數(shù)據(jù)累加器分別連接第一曲線合成器，所述第三數(shù)據(jù)累加器和第四數(shù)據(jù)累加器分別連接第二曲線合成器，所述第一曲線合成器和第二曲線合成器分別連接數(shù)據(jù)輸出控制單元，數(shù)據(jù)輸出控制單元連接工業(yè)計算機(jī)。
2.一種用于長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)中的電子學(xué)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括下述步驟 第一步，所述同步信號發(fā)生器產(chǎn)生具一定重復(fù)頻率的同步脈沖信號；第二步，所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接收 Stocks信號和Ant1-Stocks信號，并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換；第三步，所述FPGA完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)累加和數(shù)據(jù)傳輸；第四步，所述工業(yè)計算機(jī)分析拉曼數(shù)據(jù)并解調(diào)出溫度信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實現(xiàn)方法，其特征在于所述第二步用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分段放大、接收和模數(shù)轉(zhuǎn)換，其具體實現(xiàn)步驟為第21步,所述APD接收到拉曼散射光，即Stocks光或者Ant1-Stocks光,并實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生微弱電信號；第22步，所述第一級放大器對所述APD產(chǎn)生的微弱信號進(jìn)行第一級放大；第23步，所述前段放大器對第一級放大器放大的信號，即對拉曼曲線前半部分進(jìn)行放大；第24步，所述后段第一級放大器和后段第二級放大器對拉曼曲線后半部分進(jìn)行放大； 第25步，所述前段模數(shù)轉(zhuǎn)換器對前段放大器輸出的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；第26步，所述后段模數(shù)轉(zhuǎn)換器對后段第二級放大器輸出信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，即模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并由FPGA采集；上述第二步，解決了信號動態(tài)范圍的問題。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實現(xiàn)方法，其特征在于所述第三步實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和曲線的合成，具體實現(xiàn)步驟為第31步，從第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的四路模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸入到FPGA，F(xiàn)PGA中的第一數(shù)據(jù)采集控制器、第二數(shù)據(jù)采集控制器、第三數(shù)據(jù)采集控制器和第四數(shù)據(jù)采集控制器實現(xiàn)對輸入的四路模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的采集；所述第一數(shù)據(jù)采集控制器和第三數(shù)據(jù)采集控制器只采集拉曼曲線的前半部分，所述第二數(shù)據(jù)采集控制器和第四數(shù)據(jù)采集控制器只采集拉曼曲線的后半部分；這一步實現(xiàn)了拉曼曲線的分段采集功能；第32步，所述第一數(shù)據(jù)累加器、第二數(shù)據(jù)累加器、第三數(shù)據(jù)累加器和第四數(shù)據(jù)累加器，分別對所述第一數(shù)據(jù)采集控制器、第二數(shù)據(jù)采集控制器、第三數(shù)據(jù)采集控制器和第四數(shù)據(jù)采集控制器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加；第33步，所述第一曲線合成器完成對第一數(shù)據(jù)累加器和第二數(shù)據(jù)累加器產(chǎn)生的累加結(jié)果進(jìn)行曲線合成，也就是把采集到的拉曼曲線的前半部分和后半部分連接起來，變成一條完整的曲線；第34步，所述第二曲線合成器完成對第三 數(shù)據(jù)累加器和第四數(shù)據(jù)累加器產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行曲線合成，也就是把采集到的拉曼曲線的前半部分和后半部分連接起來，變成一條完整的曲線；第35步，所述數(shù)據(jù)輸出控制單元把上述獲取的兩條曲線上傳到所述工業(yè)計算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)中的電子學(xué)系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，該系統(tǒng)包括第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、同步信號發(fā)生器、FPGA和工業(yè)計算機(jī)，其特征在于所述第一信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、第二信號調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、同步信號發(fā)生器共同連接FPGA，F(xiàn)PGA連接工業(yè)計算機(jī)。本發(fā)明所述的系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法的有益效果在于針對長距離分布式光纖測溫系統(tǒng)后段信號微弱的特點，采用了分段放大、分段采集、曲線合成的方案，有效地解決了系統(tǒng)動態(tài)范圍不足的難題。
文檔編號G01K11/32GK103017935SQ20121053355
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者黃正 申請人:上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司