[實用新型]分布式光纖傳感系統中的數據采集裝置

有效

• 申請號: 201420023773.7
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN203758531U
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 李健威;張成先;羅巧梅;趙浩;肖愷;李平
• 申請（專利權）人: 上海波匯通信科技有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G05B19/042
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 徐偉奇

技術領域

本實用新型涉及到信息數據采集，具體地說，是對分布式光纖傳感器的數據進行采集的裝置。

背景技術

分布式溫度傳感器、分布式應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數據的反射系統。該系統中激光源向光纖中發射光脈沖，光纖上的每個點都會產生微弱的散射光。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度，可以測量出溫度，應力或損耗等物理參數。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生的位置。上述系統中背向散射光返回到激光源，通過光耦合器或環行器傳至光電探測器。背向散射光轉換成的電信號必須通過模擬數字轉換器（ADC）轉換為數字信號。之后，PC或微處理器可將該原始信號轉換為物理數據，如溫度或應力。背向反射信號是連續的且與整個光纖的狀況相關，因此可以對整個光纖進行分布式的物理量測量。

在現有技術中的數據采集系統如圖1所示，圖1是傳統的數據采集方法的系統結構示意圖。該系統結構上包括有激光源1、光纖、光濾波器2、光電轉換器3、數據采集系統4。所述的采集系統4包括快速采樣器5、模擬數字轉換器6、處理單元7。激光源1連接一根光纖并向光纖中發射激光脈沖。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，傳輸至光電轉換器3。光電轉換器3接收到波長為激光干涉信號并將其轉換成有效的電壓信號，快速采樣器5根據觸發信號進行數據采集。

現有技術的數據采集系統中，假若為使PC或微處理器連續獲取間隔1m的光纖上的數據，模擬數字轉換器的轉換速度必須達到100M/S，那么采樣分辨率由模擬數字轉換器的采樣速度決定。若要求系統的測量精度達到1m（即空間采樣率），那么模擬數字轉換器的采集間隔必須達到10ns，因此模擬數字轉換器的采樣頻率需達到100MHz。如果采樣分辨率為2m，采集間隔可以為20ns，那么模擬數字轉換器的采樣頻率為 50MHZ。這將大大提高了模擬數字轉換器的要求，將增加系統的成本。

另外，由于數據傳輸速度高，需要高性能的電子設備計算出平均分布數據，并通過計算將光能轉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的成本和功耗，可以通過降低系統的性能來解決，然而若單單降低數據采集速度，例如從100MHz降到50MHz，會使采樣間隔從1m增加到2m，2m的采樣分辨率不如1m的采樣分辨率包含的信息詳細，大大限制了其應用精度和應用范圍。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服上述現有技術中存在的不足，提供一種新的分布式光纖傳感系統中數據采集的裝置和方法。本實用新型的數據采集裝置要能夠降低對模擬數字轉換器的轉換速度要求，使用廉價的低性能集成器件就能夠達到更高的測量精度，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。

為了達到上述發明目的，本實用新型專利提供的技術方案如下：

一種分布式光纖傳感系統中的數據采集裝置，所述的分布式光纖傳感系統包括有激光源、光耦合器或環行器、光纖、濾光片、光電轉換器和數據采集裝置，所述激光源發出的激光脈沖經光耦合器或環行器進入光纖，光纖中反射回的背向散射光經光耦合器或環行器后依次進入濾光片和光電轉換器，經光濾波和光電轉換的電信號進入至數據采集裝置中，其特征在于，所述的數據采集裝置包括有依次連接的采樣和保持單元、模擬數字轉換器以及處理單元，所述的采樣和保持單元一端連接光電轉換器以接收數據，采樣和保持單元另一端輸出的數據經模擬數字轉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有控制脈沖發射時序的觸發系統。

在本實用新型分布式光纖傳感系統中的數據采集裝置中，在所述的采樣和保持單元與模擬數字轉換器之間還設有濾光器。

在本實用新型分布式光纖傳感系統中的數據采集裝置中，所述的觸發系統中存儲有預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t0時發出，第二束激光脈沖在t1時發出，對應光纖上特定的位置，該t0與t1之間的時間差對應特定位置的長度，該長度由激光在光纖中的傳播速度和時延計算得出。

在本實用新型分布式光纖傳感系統中的數據采集裝置中，所述的采樣和保持單元中設有求平均值模塊和數據保持模塊，所述的平均值模塊接收采樣的電信號并求平均值，所述的數據保持模塊將所得的平均值保持一定時間。

在本實用新型分布式光纖傳感系統中的數據采集裝置中，所述的光電轉換器為光電二極管、雪崩光電二極管或PIN光電二極管。