[发明专利]一种大动态测温范围的分布式光纤测温系统的电子学系统及其实现方法

说明书

本发明公开了一种涉及布式光纤测温技术领域的大动态测温范围的分布式光纤测温系统的电子学系统及其实现方法，光学信号模块分别与Stcoks光电转换模块、Anti‑Stocks光电转换模块连接，Stcoks光电转换模块、Anti‑Stocks光电转换模块分别连接第一程控增益信号调理模块、第二程控增益信号调理模块的一端；第一程控增益信号调理模块、第二程控增益信号调理模块的另一端分别连接数据采集及处理模块；数据采集及处理模块与工业计算机连接，针对大动态测温范围，分布式光纤测温系统测量高温时容易导致信号饱和的现象，采用了程控分时调整增益、分时采集、曲线分段合成的方案，有效地解决了系统测温动态范围不足的难题，本发明结构简单、实用性强、易于使用和推广。

技术领域

本发明涉及分布式光纤测温技术领域，具体是一种大动态测温范围的分布式光纤测温系统的电子学系统及其实现方法。

背景技术

分布式光纤测温系统（以下称DTS系统）广泛应用于各种火灾监控现场，例如公路隧道、地铁隧道、电力电厂的动力电缆隧道、石油化工储油罐等现场。DTS系统是一种基于光时域反射仪（OTDR）和拉曼散射原理研制而成的温度测量系统，其温度传感器是光纤（通常制作成光缆），DTS系统利用光纤的拉曼效应，即光纤铺设位置（空间）的温度场调制了光纤中传输的后向拉曼散射光，经光电转换及信号处理后就可解调出温度场的实时温度信息。

DTS系统根据拉曼散射原理来解调温度信息，由于拉曼散射光十分微弱，因此通常采用雪崩二极管（APD）作为光电转换器，并把雪崩二极管产生的微弱信号进行放大，然后进行数据采集和处理。但是，当系统探测温度范围（量程）变大时，例如探测温度范围为-55°C~350°C时，由于动态范围太大，信号调理电路的动态范围不够，容易导致前端信号饱和而后端信号仍然很弱的情况，采用常规的电子学处理方法，很难满足实际要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大动态测温范围的分布式光纤测温系统的电子学系统及其实现方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大动态测温范围的分布式光纤测温系统的电子学系统，包括光学信号模块、Stcoks光电转换模块、Anti-Stocks光电转换模块、第一程控增益信号调理模块、第二程控增益信号调理模块、数据采集及处理模块和工业计算机，所述光学信号模块分别与Stcoks光电转换模块、Anti-Stocks光电转换模块连接，所述Stcoks光电转换模块、Anti-Stocks光电转换模块分别连接第一程控增益信号调理模块、第二程控增益信号调理模块的一端；所述第一程控增益信号调理模块、第二程控增益信号调理模块的另一端分别连接数据采集及处理模块；所述数据采集及处理模块与工业计算机连接。

作为本发明进一步的方案：所述Stcoks光电转换模块和Anti-Stocks光电转换模块均由雪崩二极管和跨导放大器组成。

作为本发明再进一步的方案：所述第一程控增益信号调理模块、第二程控增益信号调理模块具有相同的结构，第一程控增益信号调理模块、第二程控增益信号调理模块均由第一级运算放大器、第二级运算放大器和程控增益放大器组成，所述第一级运算放大器分别与跨导放大器和第二级运算放大器连接，第二级运算放大器连接程控增益放大器；程控增益放大器与数据采集及处理模块连接。

作为本发明再进一步的方案：所述数据采集及处理模块由第一模数转换器、第二模数转换器和FPGA 组成。所述第一模数转换器、第二模数转换器分别与第一程控增益信号调理模块和第二程控增益信号调理模块的程控增益放大器连接，所述第一模数转换器、第二模数转换器均连接FPGA 。