一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置，所述的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括有激光源、光耦合器或環(huán)行器、光纖、濾光片、光電轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)采集裝置，所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括有依次連接的采樣和保持單元、過濾器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及處理單元，在采樣和保持單元與激光源之間設(shè)有控制脈沖發(fā)射時序的觸發(fā)系統(tǒng)；進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法通過控制激光發(fā)射、采樣和保持單元采樣之間的時間間隔，來獲取光纖任何位置的定位，以及達(dá)成對整條光纖的全分布式測量。本發(fā)明的裝置和方法降低對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度要求，使用廉價的低性能集成器件就能夠達(dá)到更高的測量精度，并且還能夠可控地獲得光纖上任意位置的定位以及整條光纖的分布式測量。
【專利說明】一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到信息數(shù)據(jù)采集，具體地說，是對分布式光纖傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式溫度傳感器、分布式應(yīng)力傳感器和光時域反射儀都是用來從光纖中收集物理參數(shù)數(shù)據(jù)的反射系統(tǒng)。該系統(tǒng)中激光源向光纖中發(fā)射光脈沖，光纖上的每個點都會產(chǎn)生微弱的散射光。一些散射光會背向散射回激光源。背向反射回來的光包含不同波長的光。通過探測這些背向散射光的波長和強(qiáng)度，可以測量出溫度，應(yīng)力或損耗等物理參數(shù)。既然光在光纖中的傳播速度以及脈沖輸入開始時間都是已知的，那么可以計算出背向散射光從光纖中產(chǎn)生的位置。上述系統(tǒng)中背向散射光返回到激光源，通過光耦合器或環(huán)行器傳至光電探測器。背向散射光轉(zhuǎn)換成的電信號必須通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。之后，PC或微處理器可將該原始信號轉(zhuǎn)換為物理數(shù)據(jù)，如溫度或應(yīng)力。背向反射信號是連續(xù)的且與整個光纖的狀況相關(guān)，因此可以對整個光纖進(jìn)行分布式的物理量測量。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖1所示，圖1是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上包括有激光源1、光纖、光濾波器2、光電轉(zhuǎn)換器3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
4。所述的采集系統(tǒng)4包括快速采樣器5、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6、處理單元7。激光源I連接一根光纖并向光纖中發(fā)射激光脈沖。光濾波器2過濾背向散射回來的光，將拉曼光、布里淵光或瑞利光提取出來，傳輸至光電轉(zhuǎn)換器3。光電轉(zhuǎn)換器3接收到波長為激光干涉信號并將其轉(zhuǎn)換成有效的電壓信號，快速采樣器5根據(jù)觸發(fā)信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，假若為使PC或微處理器連續(xù)獲取間隔Im的光纖上的數(shù)據(jù)，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度必須達(dá)到100M/S，那么采樣分辨率由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣速度決定。若要求系統(tǒng)的測量精度達(dá)到Im(即空間采樣率)，那么模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采集間隔必須達(dá)到10ns，因此模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣頻率需達(dá)到100MHz。如果采樣分辨率為2m，采集間隔可以為20ns，那么模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的采樣頻率為50MHZ。這將大大提高了模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的要求，將增加系統(tǒng)的成本。
[0005]另外，由于數(shù)據(jù)傳輸速度高，需要高性能的電子設(shè)備計算出平均分布數(shù)據(jù)，并通過計算將光能轉(zhuǎn)換為溫度或其他的物理量。因此如果要降低分布式溫度傳感系統(tǒng)的成本和功耗，可以通過降低系統(tǒng)的性能來解決，然而若單單降低數(shù)據(jù)采集速度，例如從IOOMHz降到50MHz，會使采樣間隔從Im增加到2m，2m的采樣分辨率不如Im的采樣分辨率包含的信息詳細(xì)，大大限制了其應(yīng)用精度和應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種新的分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置和方法。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集的裝置和方法要能夠降低對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度要求，使用廉價的低性能集成器件就能夠達(dá)到更高的測量精度，并且還能夠可控地獲得光纖上任意位置的定位以及整條光纖的分布式測量。
[0007]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明專利提供的技術(shù)方案如下:
一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置，所述的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括有激光源、光耦合器或環(huán)行器、光纖、濾光片、光電轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)采集裝置，所述激光源發(fā)出的激光脈沖經(jīng)光耦合器或環(huán)行器進(jìn)入光纖，光纖中反射回的背向散射光經(jīng)光耦合器或環(huán)行器后依次進(jìn)入濾光片和光電轉(zhuǎn)換器，經(jīng)光濾波和光電轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)入至數(shù)據(jù)采集裝置中，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括有依次連接的采樣和保持單元、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及處理單元，所述的采樣和保持單元一端連接光電轉(zhuǎn)換器以接收數(shù)據(jù)，采樣和保持單元另一端輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至處理單元；在所述的采樣和保持單元與激光源之間設(shè)有控制脈沖發(fā)射時序的觸發(fā)系統(tǒng)。
[0008]在本發(fā)明分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置中，在所述的采樣和保持單元與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器之間還設(shè)有過濾器，采樣和保持單元輸出的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過濾器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至處理單元。
[0009]在本發(fā)明分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置中，所述的觸發(fā)系統(tǒng)中存儲有預(yù)定用戶定義的光纖上的特定位置，配置的第一束激光脈沖在to時發(fā)出，第二束激光脈沖在tl時發(fā)出，對應(yīng)光纖上特定的位置，該to與tl之間的時間差對應(yīng)特定位置的長度，該長度由激光在光纖中的傳播速度和時延計算得出。
[0010]在本發(fā)明分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置中，所述的采樣和保持單元中設(shè)有求平均值模塊和數(shù)據(jù)保持模塊，所述的平均值模塊接收采樣的電信號并求平均值，所述的數(shù)據(jù)保持模塊將所得的平均值保持一定時間。
[0011]在本發(fā)明分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置中，所述的光電轉(zhuǎn)換器為光電二極管、雪崩光電二極管或PIN光電二極管。
[0012]一種利用上述的分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:
第一步，由觸發(fā)系統(tǒng)在to時刻觸發(fā)激光源發(fā)出激光脈沖，激光光脈沖經(jīng)光耦合器輸入至光纖中進(jìn)行傳播；
第二步，光纖中傳播的光脈沖反射回背向散射光，該背向散射光經(jīng)耦合器后輸入至濾光片獲得相應(yīng)波長的光信號，該光信號再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為電信號；
第三步，觸發(fā)系統(tǒng)在tl時刻觸發(fā)數(shù)據(jù)采集裝置中的采樣和保持單元，該采樣和保持單元采集對應(yīng)tl時刻所對應(yīng)光纖上反射回來的光信號值，并將該信號值保存一段時間；第四步，采樣和保持單元在將信號值傳輸至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器前經(jīng)過過濾器對信號過濾以減少噪聲對信號的影響，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換一個信號值時下一個信號值被保持一段時間；
第五步，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器有足夠時間將信號值從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號傳輸至處理單元處理。
[0013]一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置，其特征在于，所述的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括有激光源、光稱合器、光纖、濾光片、第一光電轉(zhuǎn)換器、第二光電轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)米集裝置，所述激光源發(fā)出的激光脈沖經(jīng)光耦合器或環(huán)行器進(jìn)入光纖，光纖中反射回的背向散射光經(jīng)光耦合器后進(jìn)入濾光片，經(jīng)濾光片后分為兩束光分別進(jìn)入第一光電轉(zhuǎn)換器和第二光電轉(zhuǎn)換器，經(jīng)第一光電轉(zhuǎn)換器和第二光電轉(zhuǎn)換器的電信號輸入至數(shù)據(jù)采集裝置中，所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括有兩套子采集裝置，子采集裝置均包括有依次連接的采樣和保持單元、過濾器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和共用的處理單元，一套子采集裝置中的采樣和保持單元一端連接第一光電轉(zhuǎn)換器以接收數(shù)據(jù)，采樣和保持單元另一端輸出的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過濾器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至共用的處理單元，另一套子采集裝置中的采樣和保持單元一端連接第一光電轉(zhuǎn)換器以接收數(shù)據(jù)，采樣和保持單元另一端輸出的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過濾器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至共用的處理單元；在每套子采集裝置中所述的采樣和保持單元與激光源之間設(shè)有控制脈沖發(fā)射時序的觸發(fā)系統(tǒng)。
[0014]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置和方法在實踐使用中取得了如下技術(shù)效果:
1.本發(fā)明的裝置和方法通過設(shè)計觸發(fā)系統(tǒng)來控制激光脈沖的發(fā)射時間與采集時間，并采用采樣和保持單元代替?zhèn)鹘y(tǒng)的快速采樣器，使系統(tǒng)降低對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的要求，因此可以使用廉價的集成器件來降低成本而不影響整個系統(tǒng)的采集測量精度。
[0015]2.本發(fā)明方法通過控制激光發(fā)射、采樣和保持單元采樣之間的時間間隔，不但可以獲取光纖任何位置的定位，還可以達(dá)成對整條光纖的全分布式測量，其具體通過改變采樣間隔從而改變時差來持續(xù)捕獲數(shù)據(jù)，以達(dá)到對光纖的分布式測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明分布式光纖傳感系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明通過單個處理單元處理兩個波長配置的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明各項(激光觸發(fā)器、采樣和保持時間、ADC轉(zhuǎn)換時間)的時序關(guān)系圖。
[0020]圖5是本發(fā)明本發(fā)明單個激光觸發(fā)器采集多個物理量測量的時序關(guān)系圖。
【具體實施方式】
[0021]下面我們結(jié)合附圖和具體的實施例來對本發(fā)明分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置和方法做進(jìn)一步的詳細(xì)闡述，以求更為清楚明了地理解本發(fā)明專利的整體思路和工作流程，但不能夠以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]依照光學(xué)原理，光在光纖中傳播距離和時間的關(guān)系如下:光在光纖中的傳播速度(V)可以通過光在真空中的速度(c)和光纖的折射率(η)計算得出v=c/n。光在真空中的傳播速度大約為3xl08m / s，玻璃纖維的折射率大約為1.5，因此光在光纖中的傳播速度是在真空中傳播速度的2/3。當(dāng)光脈沖傳播到光纖上的某點z，背向散射光沿同一路徑返回，因此光信號傳輸?shù)膬蓷l路徑的總長為2z。如果光纖中光速為V，而在時間t時采集到背向散射光。那么t=2z/v。對Im的采樣分辨率，采集的間隔約為10ns。因此，若要現(xiàn)有分布式光纖傳感系統(tǒng)中使PC或微處理器連續(xù)獲取間隔Im的光纖上的數(shù)據(jù)，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度必須達(dá)到100M/S。這將大大提高模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的要求，從而增加整個傳感系統(tǒng)的成本。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明專利設(shè)計了分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置。與現(xiàn)有技術(shù)一樣，本發(fā)明的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括有激光源、光稱合器或環(huán)行器、光纖、濾光片、光電轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)采集裝置，所述激光源發(fā)出的激光脈沖經(jīng)光耦合器或環(huán)行器進(jìn)入光纖，光纖中反射回的背向散射光經(jīng)光耦合器或環(huán)行器后依次進(jìn)入濾光片和光電轉(zhuǎn)換器，經(jīng)光濾波和光電轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)入至數(shù)據(jù)采集裝置中。在改進(jìn)的數(shù)據(jù)采集裝置中，包括有依次連接的采樣和保持單元、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及處理單元，所述的采樣和保持單元一端連接光電轉(zhuǎn)換器以接收數(shù)據(jù)，采樣和保持單元另一端輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至處理單元。作為優(yōu)化設(shè)置，在采樣和保持單元和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置了過濾器，這樣由采樣和保持單元輸出的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過濾器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至處理單元。最為重要的一點，本發(fā)明在所述的采樣和保持單元與激光源之間設(shè)有控制脈沖發(fā)射時序的觸發(fā)系統(tǒng)。
[0024]在本發(fā)明分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置中，所述的觸發(fā)系統(tǒng)中存儲有預(yù)定用戶定義的光纖上的特定位置，配置的第一束激光脈沖在to時發(fā)出，第二束激光脈沖在tl時發(fā)出，對應(yīng)光纖上特定的位置，該to與tl之間的時間差對應(yīng)特定位置的長度，該長度由激光在光纖中的傳播速度和時延計算得出。所述的采樣和保持單元中設(shè)有求平均值模塊和數(shù)據(jù)保持模塊，所述的平均值模塊接收采樣的電信號并求平均值，所述的數(shù)據(jù)保持模塊將所得的平均值保持一定時間。所述的光電轉(zhuǎn)換器為光電二極管、雪崩光電二極管或PIN光電二極管。
[0025]上述的分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，該方法包括如下步驟:
第一步，由觸發(fā)系統(tǒng)在to時刻觸發(fā)激光源發(fā)出激光脈沖，激光光脈沖經(jīng)光耦合器輸入至光纖中進(jìn)行傳播；
第二步，光纖中傳播的光脈沖反射回背向散射光，該背向散射光經(jīng)耦合器后輸入至濾光片獲得相應(yīng)波長的光信號，該光信號再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為電信號；
第三步，觸發(fā)系統(tǒng)在tl時刻觸發(fā)數(shù)據(jù)采集裝置中的采樣和保持單元，該采樣和保持單元采集對應(yīng)tl時刻所對應(yīng)光纖上反射回來的光信號值，并將該信號值保存一段時間；第四步，采樣和保持單元在將信號值傳輸至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器前經(jīng)過過濾器對信號過濾以減少噪聲對信號的影響，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換一個信號值時下一個信號值被保持一段時間；
第五步，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器有足夠時間將信號值從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號傳輸至處理單元處理。
[0026]實施例1
圖2顯示了該發(fā)明的一種配置。該配置利用采樣和保持單元9代替快速采樣器5，同時還有一個觸發(fā)系統(tǒng)10，該觸發(fā)系統(tǒng)10控制著脈沖發(fā)射的時序。觸發(fā)系統(tǒng)10會儲存預(yù)定用戶定義的光纖上的特定位置。在該配置中，第一束激光脈沖在to時發(fā)出，而第二束脈沖在tl時發(fā)出，對應(yīng)光纖上特定的位置。tl和to之間的時間差與特定區(qū)域的長度相關(guān)，該長度可通過光在光纖中的傳播速度和時延計算得出。
[0027]該區(qū)域的電信號由采樣和保持單元9采樣并平均。該平均值被保持在系統(tǒng)中，使信號有足夠的時間被過濾器11過濾，以此來減少噪聲影響，并被傳輸?shù)侥M數(shù)字轉(zhuǎn)換器6，慢速的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6就有足夠的時間來轉(zhuǎn)換這些數(shù)據(jù)，之后該數(shù)字值將被傳輸?shù)教幚韱卧?。該過程不斷的重復(fù)，直到形成平均信號以降低噪聲的影響。
[0028]實施例2 圖3是通過單個處理單元處理兩個波長的版本。其中分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置有激光源1、光稱合器、光纖、濾光片8、第一光電轉(zhuǎn)換器3、第二光電轉(zhuǎn)換器3'和數(shù)據(jù)采集裝置，所述激光源I發(fā)出的激光脈沖經(jīng)光耦合器或環(huán)行器進(jìn)入光纖，光纖中反射回的背向散射光經(jīng)光稱合器后進(jìn)入濾光片8,經(jīng)濾光片8后分為兩束光分別進(jìn)入第一光電轉(zhuǎn)換器3和第二光電轉(zhuǎn)換器3',經(jīng)第一光電轉(zhuǎn)換器3和第二光電轉(zhuǎn)換器3'的電信號輸入至數(shù)據(jù)采集裝置4中，所述的數(shù)據(jù)采集裝置4包括有兩套子采集裝置，子采集裝置均包括有依次連接的采樣和保持單元9、過濾器11、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6和共用的處理單元7，一套子采集裝置中的采樣和保持單元9 一端連接第一光電轉(zhuǎn)換器3以接收數(shù)據(jù)，采樣和保持單元3另一端輸出的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過濾器11和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6輸入至共用的處理單元7，另一套子采集裝置中的采樣和保持單元9 一端連接第一光電轉(zhuǎn)換器3'以接收數(shù)據(jù)，采樣和保持單元另一端輸出的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過濾器11和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6輸入至共用的處理單元7 ;在每套子采集裝置中所述的采樣和保持單元9與激光源I之間設(shè)有控制脈沖發(fā)射時序的觸發(fā)系統(tǒng)10。
[0029]本實施例是基于拉曼散射的分布式測溫系統(tǒng)的典型配置，其中拉曼斯托克斯和反斯托克斯光將被過濾出來。這也可以被看作是帶有多個采集系統(tǒng)裝置。同樣，光發(fā)射器有多個波長。采樣和保持單元多次觸發(fā)以及多個采集系統(tǒng)的配合，對光纖進(jìn)行分布式測量。在該配置中，激光脈沖不是由觸發(fā)系統(tǒng)發(fā)出的，而是自生脈沖。觸當(dāng)使用激光束和光學(xué)開關(guān)(激光束包含巨大的能量時，光學(xué)開關(guān)會發(fā)出輸出信號)時，需要先激活觸發(fā)系統(tǒng)。觸發(fā)系統(tǒng)一旦發(fā)出激光脈沖，米樣和保持單兀同時啟動工作。
[0030]圖4顯示該發(fā)明中各項的時序關(guān)系，包括激光觸發(fā)時間，采樣和保持電路啟動時間，以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6轉(zhuǎn)換時間。其中模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器6轉(zhuǎn)換時間比抽樣時間更長。該時序圖顯示本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)激光觸發(fā)脈沖之間單點位置的測量。激光觸發(fā)器在to時將激光脈沖發(fā)射入光纖，在tl時采樣和保持單元開始采集t2-tl時段的數(shù)據(jù)。tl-tO的時差取決于光纖測量點的起點位置，而采樣時段(t2-tl)決定物理測量的長度。圖5顯示了該方法也適用于單個激光觸發(fā)器采集多個物理量測量。
[0031]本發(fā)明的裝置和方法通過設(shè)計觸發(fā)系統(tǒng)來控制激光脈沖的發(fā)射時間與采集時間，并采用采樣和保持單元代替?zhèn)鹘y(tǒng)的快速采樣器，使系統(tǒng)降低對模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的要求，因此可以使用廉價的集成器件來降低成本而不影響整個系統(tǒng)的采集測量精度。本發(fā)明的裝置和方法通過控制激光發(fā)射、采樣和保持單元采樣之間的時間間隔，不但可以獲取光纖任何位置的定位，還可以達(dá)成對整條光纖的全分布式測量。
【權(quán)利要求】
1.一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置，所述的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括有激光源、光耦合器或環(huán)行器、光纖、濾光片、光電轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)采集裝置，所述激光源發(fā)出的激光脈沖經(jīng)光耦合器或環(huán)行器進(jìn)入光纖，光纖中反射回的背向散射光經(jīng)光耦合器或環(huán)行器后依次進(jìn)入濾光片和光電轉(zhuǎn)換器，經(jīng)光濾波和光電轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)入至數(shù)據(jù)采集裝置中，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括有依次連接的采樣和保持單元、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及處理單元，所述的采樣和保持單元一端連接光電轉(zhuǎn)換器以接收數(shù)據(jù)，采樣和保持單元另一端輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至處理單元；在所述的采樣和保持單元與激光源之間設(shè)有控制脈沖發(fā)射時序的觸發(fā)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置，其特征在于，在所述的采樣和保持單元與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器之間還設(shè)有濾光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置，其特征在于，所述的觸發(fā)系統(tǒng)中存儲有預(yù)定用戶定義的光纖上的特定位置，配置的第一束激光脈沖在to時發(fā)出，第二束激光脈沖在11時發(fā)出，對應(yīng)光纖上特定的位置，該to與11之間的時間差對應(yīng)特定位置的長度，該長度由激光在光纖中的傳播速度和時延計算得出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置，其特征在于，所述的采樣和保持單元中設(shè)有求平均值模塊和數(shù)據(jù)保持模塊，所述的平均值模塊接收采樣的電信號并求平均值，所述的數(shù)據(jù)保持模塊將所得的平均值保持一定時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置，其特征在于，所述的光電轉(zhuǎn)換器為光電二極管、雪崩光電二極管或PIN光電二極管。
6.一種分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的裝置，其特征在于，所述的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括有激光源、光稱合器、光纖、濾光片、第一光電轉(zhuǎn)換器、第二光電轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)米集裝置，所述激光源發(fā)出的激光脈沖經(jīng)光耦合器或環(huán)行器進(jìn)入光纖，光纖中反射回的背向散射光經(jīng)光耦合器后進(jìn)入濾光片，經(jīng)濾光片后分為兩束光分別進(jìn)入第一光電轉(zhuǎn)換器和第二光電轉(zhuǎn)換器，經(jīng)第一光電轉(zhuǎn)換器和第二光電轉(zhuǎn)換器的電信號輸入至數(shù)據(jù)采集裝置中，所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括有兩套子采集裝置，子采集裝置均包括有依次連接的采樣和保持單元、過濾器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和共用的處理單元，一套子采集裝置中的采樣和保持單元一端連接第一光電轉(zhuǎn)換器以接收數(shù)據(jù)，采樣和保持單元另一端輸出的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過濾器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至共用的處理單元，另一套子采集裝置中的采樣和保持單元一端連接第一光電轉(zhuǎn)換器以接收數(shù)據(jù)，采樣和保持單元另一端輸出的數(shù)據(jù)依次經(jīng)過濾器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至共用的處理單元；在每套子采集裝置中所述的采樣和保持單元與激光源之間設(shè)有控制脈沖發(fā)射時序的觸發(fā)系統(tǒng)。
7.一種利用權(quán)利要求2所述的分布式光纖傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 第一步，由觸發(fā)系統(tǒng)在to時刻觸發(fā)激光源發(fā)出激光脈沖，激光光脈沖經(jīng)光耦合器輸入至光纖中進(jìn)行傳播； 第二步，光纖中傳播的光脈沖反射回背向散射光，該背向散射光經(jīng)耦合器后輸入至濾光片獲得相應(yīng)波長的光信號，該光信號再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為電信號； 第三步，觸發(fā)系統(tǒng)在tl時刻觸發(fā)數(shù) 據(jù)采集裝置中的采樣和保持單元，該采樣和保持單元采集對應(yīng)tl時刻所對應(yīng)光纖上反射回來的光信號值，并將該信號值保存一段時間；第四步，采樣和保持單元在將信號值傳輸至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器前經(jīng)過過濾器對信號過濾以減少噪聲對信號的影響，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換一個信號值時下一個信號值被保持一段時間； 第五步，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器有足夠時間將信號值從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號傳輸至處理單元處理。
【文檔編號】G05B19/042GK103791937SQ201410017530
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】李健威, 張成先, 羅巧梅 申請人:上海波匯通信科技有限公司