嵌入式多通道光纖測溫系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及分布式光纖溫度傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用光纖拉曼散射光測量溫度的小型化嵌入式多通道光纖測溫系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式光纖測溫系統(tǒng)由于具有抗電磁干擾、結(jié)構(gòu)簡單成本低、可實時監(jiān)測線路溫度分布等特點，被廣泛應用于天然氣、輸油管道的泄漏檢測、電力電纜的熱點保護和溫度監(jiān)測以及煤礦、隧道的火災報警等領(lǐng)域。
[0003]目前，市場上的分布式光纖測溫系統(tǒng)大都采用采用傳統(tǒng)工控機系統(tǒng)進行溫度解調(diào)。中國專利文獻中，公開號CN203719792U、名稱是一種分布式光纖測溫裝置(參見該申請說明書【具體實施方式】部分)，公開了一種分布式光纖測溫裝置，該裝置包括一放大電路、一采集電路和一 ARM微處理器，該ARM微處理器和該采集電路相連接，且該ARM微處理器設(shè)在一嵌入式主板上，該放大電路和該采集電路均集成在一采樣主板上，但是，該現(xiàn)有技術(shù)并沒有將采集電路和ARM微處理器集成到一塊電路板上，而且顯示裝置采用的也是體積較大的顯示器，因此，這種測溫系統(tǒng)存在的缺點主要有以下幾個:1)體積比較大，移動性差，不便于攜帶；2)對工作環(huán)境要求高；3)功耗大，發(fā)熱量高，高能耗容易導致整機發(fā)生故障，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，運營成本高；4)產(chǎn)品昂貴，對環(huán)境散熱通風性要求高，不適宜安裝在野外和極端環(huán)境中。
[0004]因此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，研宄一種體積小、成本低、可靠性高、使用方便的嵌入式多通道光纖測溫系統(tǒng)已經(jīng)成為一項重要任務(wù)。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型為了解決傳統(tǒng)測溫裝置體積大、功耗高、可擴展性和安全性差的問題，提出了一種嵌入式多通道光纖測溫系統(tǒng)。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案為:
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種嵌入式多通道光纖測溫系統(tǒng)，包括依次連接的激光發(fā)生器、波分復用器、基準光纖盒、光開關(guān)、外接光纖，以及與波分復用器相連的APD放大模塊、與APD放大模塊相連的高速采集卡，所述系統(tǒng)還包括與高速采集卡相連的觸摸屏，所述高速采集卡包括集成在一塊電路板上的FPGA采集模塊和ARM處理器，所述高速采集卡通過偏壓控制電路與APD放大模塊相連；激光發(fā)生器的輸出端與波分復用器的輸入端相連，波分復用器具有三個輸出端，波分復用器的一號輸出端與基準光纖盒的輸入端相連，基準光纖盒的輸出端與光開關(guān)的輸入端相連，光開關(guān)的輸出端與外接光纖的輸入端相連，外接光纖為多路光纖；波分復用器的二號輸出端和三號輸出端與APD放大模塊的輸入端相連，APD放大模塊的輸出端與高速采集卡的輸入端相連，高速采集卡的偏壓控制端口與APD放大模塊的偏壓控制端口相連，高速采集卡的輸出端與觸摸屏輸入端相連。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型將FPGA采集模塊和ARM處理器集成在一塊電路板上，形成高速采集卡，通過FPGA采集模塊對光信號進行采集，使用ARM處理器對采集到的數(shù)據(jù)進行計算，并將計算的溫度結(jié)果用觸摸屏顯示；高速采集卡對光數(shù)據(jù)采集完畢后計算基準光纖盒內(nèi)光纖數(shù)據(jù)的光均值，高速采集卡同時采集機箱環(huán)境溫度并根據(jù)采集到的機箱溫度值和基準光纖盒內(nèi)光纖數(shù)據(jù)的光均值調(diào)節(jié)AH)放大模塊的偏壓，高速采集卡中的FPGA采集模塊將采集的數(shù)據(jù)傳送給ARM處理器；該系統(tǒng)通過高速采集卡進行數(shù)據(jù)的采集和計算，使用高速采集卡上的ARM處理器代替了傳統(tǒng)的分布式測溫系統(tǒng)使用工控機電腦解溫的功能，具有體積小、功耗低、可靠性高、成本低、符合大型機房遠程監(jiān)控需求、擴展性佳等優(yōu)點。同時，本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)，將采集、溫度解調(diào)功能集成到高速采集卡中，功耗低，在給該系統(tǒng)配備蓄電池之后可以長期工作在野外環(huán)境中。由于該系統(tǒng)體積小、功耗低，因此不需要風扇散熱、便于密閉封裝，可以工作在野外等惡劣環(huán)境中，而且本實用新型省去了傳統(tǒng)光纖測溫系統(tǒng)中的計算機、顯示器等外圍設(shè)備，使DTS成本降低、便于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0009]所述FPGA采集模塊包括兩個采集端口、與兩個采集端口分別相連的AD采集電路以及與AD采集電路相連的FPGA ；FPGA采集模塊的兩個采集端口為模擬信號采集端口，用來同步采集兩通道的模擬數(shù)據(jù)，AD采集電路將采集的模擬數(shù)據(jù)進行AD轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA則對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行采集累加，并通過DMA接口傳送至ARM處理器。
[0010]所述AD采集電路包括依次連接的比例放大電路、單端轉(zhuǎn)差分電路以及高速AD電路；FPGA采集模塊采集的光信號比較微弱，AD采集電路將光信號放大后再進行AD轉(zhuǎn)換。
[0011]所述高速AD電路采用LTC2242UP-12高速AD電路，高速AD電路采用LVDS差分接口與FPGA連接；FPGA用于采集AD采集電路采集的數(shù)據(jù)并進行累加。
[0012]所述ARM處理器具有以太網(wǎng)口、USB 口、DMA接口以及兩個偏壓控制端口，DMA接口用來接收FPGA采集模塊的采集數(shù)據(jù)，USB 口和以太網(wǎng)口用來向計算機傳送數(shù)據(jù)，兩個偏壓控制端口用來輸出兩通道范圍為45V-50V的偏壓值輸送至APD放大模塊；ARM處理器對接收的采集數(shù)據(jù)進行計算，得到光纖溫度，并將得到的溫度數(shù)據(jù)通過觸摸屏進行顯示，同時還可將溫度數(shù)據(jù)通過USB 口或以太網(wǎng)口傳遞給計算機，通過計算機顯示溫度；此外，ARM處理器通過偏壓控制端口輸出兩通道范圍為45V-50V的偏壓值輸送至APD放大模塊，用來調(diào)節(jié)APD放大模塊的放大倍數(shù)。
[0013]所述APD放大模塊具有兩個偏壓控制端口，用來接收ARM處理器輸送的偏壓值調(diào)節(jié)APD放大模塊的放大倍數(shù);APD放大模塊具有溫度補償功能。
[0014]所述光開關(guān)采用多路光開關(guān)，用來切換光纖通道；通過ARM處理器控制光開關(guān)切換光纖通道，從而為下一次測溫做準備。
[0015]所述觸摸屏通過數(shù)據(jù)總線向高速采集卡中的ARM處理器傳輸數(shù)據(jù)，并用來顯示ARM處理器傳出的信號，通過觸摸屏設(shè)置DTS溫度解調(diào)所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，觸摸屏通過數(shù)據(jù)總線向高速采集卡中的ARM處理器傳輸數(shù)據(jù)，啟動測溫，測溫系統(tǒng)所測得的結(jié)果也可以通過觸摸屏顯示，使得測溫過程更加方便。
[0016]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)出的光脈沖的頻率可調(diào)，發(fā)出的光脈沖的寬度也可調(diào)。
[0017]所述波分復用器用于濾出兩束背向散射光的拉曼成分，濾出兩束光的波長分別為1450nm和1663nm ;波分復用器接收激光發(fā)生器發(fā)出的光脈沖，并將光脈沖打入光纖中，1550nm的光脈沖在光纖中發(fā)生散射，背向散射光進入波分復用器，波分復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高速采集卡，高速采集卡對采集到的信號進行計算，并將計算得到的溫度數(shù)據(jù)通過觸摸屏顯示。
[0018]本實用新型的技術(shù)效果為:
[0019]本實用新型提供了一種嵌入式多通道光纖測溫系統(tǒng)，通過將FPGA采集模塊和ARM處理器集成在一塊電路板上，形成高速采集卡，通過FPGA采集模塊對光信號進行采集，使用ARM處理器對采集到的數(shù)據(jù)進行計算，并將計算的溫度結(jié)果用觸摸屏顯示；該系統(tǒng)通過高速采集卡進行數(shù)據(jù)的采集和計算，使用高速采集卡上的ARM處理器代替了傳統(tǒng)的分布式測溫系統(tǒng)使用工控機電腦解溫的功能，具有體積小、功耗低、可靠性高、成本低、符合大型機房遠程監(jiān)控需求、擴展性佳等優(yōu)點。同時，本實用新型基于嵌入式系統(tǒng)，將采集、溫度解調(diào)功能集成到高速采集卡中，功耗低，在給該系統(tǒng)配備蓄電池之后可以長期工作在野外環(huán)境中。由于該系統(tǒng)體積小、功耗低，因此不需要風扇散熱、便于密閉封裝，可以工作在野外等惡劣環(huán)境中，而且本實用新型省去了傳統(tǒng)光纖測溫系統(tǒng)中的計算機、顯示器等外圍設(shè)備，實現(xiàn)了DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)嵌入式小型化，使DTS成本降低、便于大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型嵌入式多通道光纖測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本實用新型高速采集卡結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為本實用新型高速采集卡FPGA采集模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中，1、激光發(fā)生器；2、波分復用器；3、AH)放大模塊；4、高速采集卡；5、觸摸屏；
6、光開關(guān)；7、基準光纖盒；8、外接光纖；9、FPGA采集模塊；10、ARM處理器；11、采集端口 ；12、偏壓控制端口 ；13、以太網(wǎng)口 ；14、USB 口 ；15、比例放大電路；16、單端轉(zhuǎn)差分電路；17、高速AD電路；18, FPGA0
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】:
[0025]如圖1-圖3所示，本實用新型提供了一種嵌入式多通道光纖測溫系統(tǒng)，包括依次連接的激