一種分布式光纖測溫系統(tǒng)增益穩(wěn)定控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分布式光纖溫度傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種反饋控制的分布式光纖測溫系統(tǒng)增益穩(wěn)定控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式光纖測溫系統(tǒng)的穩(wěn)定性經(jīng)常會受到激光源、APD模塊的影響，影響分布式光纖測溫系統(tǒng)穩(wěn)定性和測溫精度。分布式光纖測溫系統(tǒng)作為典型的光電子系統(tǒng)，要求脈沖激光源具有極高的穩(wěn)定性，要求激光器的輸出功率穩(wěn)定。激光器被長時間使用，輸出功率會自然老化并降低。環(huán)境溫度的變化也影響著激光器的輸出功率穩(wěn)定。Aro模塊中的光電二極管內(nèi)部含有極高的增益，但APD模塊增益對溫度變化和偏置電壓極為敏感。APD模塊增益變化必然改變斯托克斯與反斯托克斯的信號強度，從而對測溫精度產(chǎn)生影響。為保證探測模塊穩(wěn)定，需要設(shè)計合適的溫度監(jiān)測和反饋電路，但維持APD模塊、激光源溫度穩(wěn)定或基于溫度反饋APD偏壓控制方法等措施實現(xiàn)復(fù)雜并且長期運行并不可靠。
[0003]中國專利文獻中，公開號CN102098016A、名稱是一種雪崩光電二極管增益穩(wěn)定的控制裝置和控制方法(參見該申請說明書【具體實施方式】部分)，公開了一種雪崩光電二極管增益穩(wěn)定的控制裝置和控制方法，裝置由偏壓控制電路、APD探測電路、數(shù)據(jù)采集卡和計算機構(gòu)成，控制方法是計算機直接判斷數(shù)據(jù)采集卡采集的平均數(shù)字信號與設(shè)定信號值的差別大小并由計算機發(fā)出雪崩光電二極管偏壓調(diào)節(jié)命令，通過偏壓控制電路反饋控制Aro偏置電壓，整個裝置形成一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)，對Aro放大增益進行微調(diào)從而達到使采集到的數(shù)字信號穩(wěn)定的目的。但是，上述方法并沒有解決因分布式光纖測溫系統(tǒng)長期工作導(dǎo)致激光源功率下降而帶來的系統(tǒng)測溫不準(zhǔn)的影響，而且上述方法只提出了將采集的數(shù)字信號進行累加平均獲得平均數(shù)字信號，將該平均數(shù)字信號與設(shè)定值進行比較，也沒有指出設(shè)定值的獲取方法。
[0004]因此，為了同時解決APD的增益變化與激光源功率隨溫度變化的問題，研宄一種可靠性高、操作方便、通用性強的增益穩(wěn)定控制方法已經(jīng)成為一項重要任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種分布式光纖測溫系統(tǒng)增益穩(wěn)定控制方法，目的是通過標(biāo)定和增益穩(wěn)定調(diào)節(jié)過程同時解決APD的增益變化與激光源功率隨溫度變化的問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種分布式光纖測溫系統(tǒng)增益穩(wěn)定控制方法，采用分布式光纖測溫系統(tǒng)進行增益穩(wěn)定控制，所述系統(tǒng)包括依次連接的激光發(fā)生器、帶雙向耦合器的波分復(fù)用器、光纖恒溫盒、外接光纖、以及與波分復(fù)用器相連的Aro放大模塊、與APD放大模塊相連的采集控制模塊，所述光纖恒溫盒內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器和TEC控制模塊，采集控制模塊內(nèi)設(shè)置有溫度控制電路和偏壓控制電路，所述采集控制模塊通過溫度控制接口與光纖恒溫盒連接，并通過偏壓調(diào)節(jié)輸出端與APD放大模塊的偏壓調(diào)節(jié)輸入端相連，其特征在于:所述增益穩(wěn)定控制方法包括標(biāo)定過程和增益穩(wěn)定調(diào)節(jié)過程，所述標(biāo)定過程具體包括以下步驟:
[0008]步驟al、采集控制模塊通過溫度控制電路預(yù)先設(shè)定好溫度，再將預(yù)先設(shè)定好的溫度通過溫度控制接口向光纖恒溫盒發(fā)送至指令，從而使光纖恒溫盒穩(wěn)定在設(shè)定好的溫度上;
[0009]步驟a2、通過設(shè)置在采集控制模塊內(nèi)的采集端口采集兩路光信號的電壓值并進行累加平均；
[0010]步驟a3、采集控制模塊截取光纖恒溫盒中光纖所對應(yīng)的采集信號中的數(shù)據(jù)，從而對截取的數(shù)據(jù)求均值并記錄光均值；
[0011]步驟a4、改變預(yù)設(shè)溫度，判斷系統(tǒng)工作溫度是否遍歷，若否，則采集控制模塊再次向光纖恒溫盒發(fā)送溫度指令，使光纖恒溫盒穩(wěn)定在改變后的預(yù)設(shè)溫度上，重復(fù)步驟a2_a3 ;若是，則進入步驟a5;
[0012]步驟a5、當(dāng)系統(tǒng)工作溫度遍歷后，取得各個溫度下光纖恒溫盒內(nèi)光纖光強的均值，建立一張溫度一光均值對應(yīng)表，從而完成標(biāo)定過程；
[0013]所述增益穩(wěn)定調(diào)節(jié)過程具體包括以下步驟:
[0014]步驟b 1、通過設(shè)置在采集控制模塊內(nèi)的采集端口采集兩路光信號的電壓值并進行累加平均；
[0015]步驟b2、采集控制模塊截取光纖恒溫盒中光纖所對應(yīng)的采集信號中的數(shù)據(jù)，從而對截取的數(shù)據(jù)求均值并記錄下當(dāng)前求得的光均值；
[0016]步驟b3、采集控制模塊讀取當(dāng)前光纖恒溫盒中溫度傳感器的溫度；
[0017]步驟b4、采集控制模塊將當(dāng)前求得的光均值與當(dāng)前讀取的溫度所對應(yīng)的溫度一光均值對應(yīng)表中的光均值作比較，若兩者差值的絕對值在設(shè)定值的允許范圍內(nèi)，不進行APD偏壓的調(diào)節(jié)；若兩者差值的絕對值大于設(shè)定值的允許范圍，采集控制模塊將會通過偏壓控制電路輸出對應(yīng)的偏壓值，對APD放大模塊的放大倍數(shù)進行調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對Aro放大模塊的偏壓值進行反饋調(diào)節(jié)來控制整個分布式光纖測溫系統(tǒng)的增益穩(wěn)定；通過采集控制模塊內(nèi)的溫度控制電路來預(yù)先設(shè)定好溫度，并將預(yù)先設(shè)好的溫度指令通過溫度控制接口發(fā)送給光纖恒溫盒，光纖恒溫盒通過TEC控制模塊調(diào)節(jié)光纖恒溫盒內(nèi)溫度的高低，從而使光纖恒溫盒穩(wěn)定在設(shè)定好的溫度上；而溫度傳感器則用來檢測光纖恒溫盒內(nèi)的溫度，用于進行偏壓調(diào)節(jié)；采集控制模塊通過偏壓控制電路輸出APD放大模塊的偏壓值，從而調(diào)節(jié)APD放大模塊的放大倍數(shù)。本發(fā)明采用的系統(tǒng)具有體積小，功耗低、可靠性高、成本低等優(yōu)點，同時還能解決Aro增益隨溫度變化和激光源功率隨溫度變化的問題。
[0019]所述光纖恒溫盒具有溫度調(diào)節(jié)功能，通過光纖恒溫盒內(nèi)的TEC控制模塊使光纖恒溫盒內(nèi)光纖的溫度達到指令控制的溫度。
[0020]所述步驟b3中的設(shè)定值的允許范圍為讀取的溫度所對應(yīng)的溫度一光均值對應(yīng)表中的光均值的0-20%。
[0021]所述激光發(fā)生器用于發(fā)出光脈沖，光脈沖的峰值波長為1550nm，激光發(fā)生器的功率可調(diào)，發(fā)出的光脈沖頻率以及脈沖寬度可調(diào)。
[0022]所述波分復(fù)用器用于濾出后向散射光中的拉曼成分，濾出兩束光的波長分別為1450nm和1663nm ;波分復(fù)用器接收激光發(fā)生器發(fā)出的光脈沖，并將光脈沖打入光纖，1550nm的光脈沖在光纖中發(fā)生散射，背向散射光進入波分復(fù)用器，波分復(fù)用器能夠有效濾出背向散射光的拉曼成分，濾出波長分別為1450nm和1663nm的兩束光輸出給APD放大模塊，APD放大模塊對兩束光信號進行放大并將放大后的信號輸出給采集控制模塊。
[0023]所述采集控制模塊包括兩個通道的采集端口，用于采集兩路光信號的電壓值并進行累加平均。
[0024]所述采集控制模塊具有兩個偏壓調(diào)節(jié)輸出端口，APD放大模塊具有兩個偏壓調(diào)節(jié)輸入端口，兩個偏壓調(diào)節(jié)輸出端口用來輸出兩通道范圍為45-50V的偏壓值輸送至APD放大模塊。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)效果為:
[0026]本發(fā)明提供了一種分布式光纖測溫系統(tǒng)增益穩(wěn)定控制方法，通過標(biāo)定和增益穩(wěn)定調(diào)節(jié)過程同時解決了 APD的增益變化與激光源功率隨溫度變化的問題，從而提高了系統(tǒng)的測溫穩(wěn)定性與測溫精度；本發(fā)明通過建立溫度一光均值對應(yīng)表，將當(dāng)前求得的光均值與當(dāng)前讀取的溫度所對應(yīng)的溫度一光均值對應(yīng)表中的光均值作比較，根據(jù)差值大小來調(diào)節(jié)APD的偏壓值，確保系統(tǒng)增益保持穩(wěn)定，該方法可靠性高、操作方便、通用性強，并且便于工業(yè)上的生產(chǎn)應(yīng)用。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明分布式光纖測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明分布式光纖測溫系統(tǒng)增益穩(wěn)定控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的【具體實施方式】:
[0030]如圖1-圖2所示，本發(fā)明提供了一種分布式光纖測溫系統(tǒng)增益穩(wěn)定控制方法，采用分布式光纖測溫系統(tǒng)進行增益穩(wěn)定控制，所述系統(tǒng)包括依次連接的激光發(fā)生器、帶雙向耦合器的波分復(fù)用器、光纖恒溫盒、外接光纖、以及與波分復(fù)用器相連的APD放大模塊、與APD放大模塊相連的采集控制模塊；所述光纖恒溫盒內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器和TEC控制模塊，采集控制模塊內(nèi)設(shè)置有溫度控制電路和偏壓控制電路，所述采集控制