一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，所述的分布式光纤传感系统包括有激光源、光耦合器或环行器、光纤、滤光片、光电转换器和数据采集装置，所述的数据采集装置包括有依次连接的采样和保持单元、过滤器、模拟数字转换器以及处理单元，在采样和保持单元与激光源之间设有控制脉冲发射时序的触发系统；进行数据采集的方法通过控制激光发射、采样和保持单元采样之间的时间间隔，来获取光纤任何位置的定位，以及达成对整条光纤的全分布式测量。本发明专利技术的装置和方法降低对模拟数字转换器的转换速度要求，使用廉价的低性能集成器件就能够达到更高的测量精度，并且还能够可控地获得光纤上任意位置的定位以及整条光纤的分布式测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到信息数据采集，具体地说，是对分布式光纤传感器的数据进行采集的装置和方法。
技术介绍
分布式温度传感器、分布式应力传感器和光时域反射仪都是用来从光纤中收集物理参数数据的反射系统。该系统中激光源向光纤中发射光脉冲，光纤上的每个点都会产生微弱的散射光。一些散射光会背向散射回激光源。背向反射回来的光包含不同波长的光。通过探测这些背向散射光的波长和强度，可以测量出温度，应力或损耗等物理参数。既然光在光纤中的传播速度以及脉冲输入开始时间都是已知的，那么可以计算出背向散射光从光纤中产生的位置。上述系统中背向散射光返回到激光源，通过光耦合器或环行器传至光电探测器。背向散射光转换成的电信号必须通过模拟数字转换器（ADC）转换为数字信号。之后，PC或微处理器可将该原始信号转换为物理数据，如温度或应力。背向反射信号是连续的且与整个光纤的状况相关，因此可以对整个光纤进行分布式的物理量测量。在现有技术中的数据采集系统如图1所示，图1是传统的数据采集方法的系统结构示意图。该系统结构上包括有激光源1、光纤、光滤波器2、光电转换器3、数据采集系统4。所述的采集系统4包括快速采样器5、模拟数字转换器6、处理单元7。激光源1连接一根光纤并向光纤中发射激光脉冲。光滤波器2过滤背向散射回来的光，将拉曼光、布里渊光或瑞利光提取出来，传输至光电转换器3。光电转换器3接收到波长为激光干涉信号并将其转换成有效的电压信号，快速采样器5根据触发信号进行数据采集。现有技术的数据采集系统中，假若为使PC或微处理器连续获取间隔1m的光纤上的数据，模拟数字转换器的转换速度必须达到100M/S，那么采样分辨率由模拟数字转换器的采样速度决定。若要求系统的测量精度达到1m（即空间采样率），那么模拟数字转换器的采集间隔必须达到10ns，因此模拟数字转换器的采样频率需达到100MHz。如果采样分辨率为2m，采集间隔可以为20ns，那么模拟数字转换器的采样频率为 50MHZ。这将大大提高了模拟数字转换器的要求，将增加系统的成本。另外，由于数据传输速度高，需要高性能的电子设备计算出平均分布数据，并通过计算将光能转换为温度或其他的物理量。因此如果要降低分布式温度传感系统的成本和功耗，可以通过降低系统的性能来解决，然而若单单降低数据采集速度，例如从100MHz降到50MHz，会使采样间隔从1m增加到2m，2m的采样分辨率不如1m的采样分辨率包含的信息详细，大大限制了其应用精度和应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种新的分布式光纤传感系统中数据采集的装置和方法。本专利技术数据采集的装置和方法要能够降低对模拟数字转换器的转换速度要求，使用廉价的低性能集成器件就能够达到更高的测量精度，并且还能够可控地获得光纤上任意位置的定位以及整条光纤的分布式测量。为了达到上述专利技术目的，本专利技术专利提供的技术方案如下：一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，所述的分布式光纤传感系统包括有激光源、光耦合器或环行器、光纤、滤光片、光电转换器和数据采集装置，所述激光源发出的激光脉冲经光耦合器或环行器进入光纤，光纤中反射回的背向散射光经光耦合器或环行器后依次进入滤光片和光电转换器，经光滤波和光电转换的电信号进入至数据采集装置中，其特征在于，所述的数据采集装置包括有依次连接的采样和保持单元、模拟数字转换器以及处理单元，所述的采样和保持单元一端连接光电转换器以接收数据，采样和保持单元另一端输出的数据经模拟数字转换器输入至处理单元；在所述的采样和保持单元与激光源之间设有控制脉冲发射时序的触发系统。在本专利技术分布式光纤传感系统中数据采集的装置中，在所述的采样和保持单元与模拟数字转换器之间还设有过滤器，采样和保持单元输出的数据依次经过滤器和模拟数字转换器输入至处理单元。在本专利技术分布式光纤传感系统中数据采集的装置中，所述的触发系统中存储有预定用户定义的光纤上的特定位置，配置的第一束激光脉冲在t0时发出，第二束激光脉冲在t1时发出，对应光纤上特定的位置，该t0与t1之间的时间差对应特定位置的长度，该长度由激光在光纤中的传播速度和时延计算得出。在本专利技术分布式光纤传感系统中数据采集的装置中，所述的采样和保持单元中设有求平均值模块和数据保持模块，所述的平均值模块接收采样的电信号并求平均值，所述的数据保持模块将所得的平均值保持一定时间。在本专利技术分布式光纤传感系统中数据采集的装置中，所述的光电转换器为光电二极管、雪崩光电二极管或PIN光电二极管。一种利用上述的分布式光纤传感系统中数据采集装置进行数据采集的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：第一步，由触发系统在t0时刻触发激光源发出激光脉冲，激光光脉冲经光耦合器输入至光纤中进行传播；第二步，光纤中传播的光脉冲反射回背向散射光，该背向散射光经耦合器后输入至滤光片获得相应波长的光信号，该光信号再经光电转换器转换成为电信号；第三步，触发系统在t1时刻触发数据采集装置中的采样和保持单元，该采样和保持单元采集对应t1时刻所对应光纤上反射回来的光信号值，并将该信号值保存一段时间；第四步，采样和保持单元在将信号值传输至模拟数字转换器前经过过滤器对信号过滤以减少噪声对信号的影响，模拟数字转换器转换一个信号值时下一个信号值被保持一段时间；第五步，模拟数字转换器有足够时间将信号值从模拟信号转换为数字信号，转换成的数字信号传输至处理单元处理。一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，其特征在于，所述的分布式光纤传感系统包括有激光源、光耦合器、光纤、滤光片、第一光电转换器、第二光电转换器和数据采集装置，所述激光源发出的激光脉冲经光耦合器或环行器进入光纤，光纤中反射回的背向散射光经光耦合器后进入滤光片，经滤光片后分为两束光分别进入第一光电转换器和第二光电转换器，经第一光电转换器和第二光电转换器的电信号输入至数据采集装置中，所述的数据采集装置包括有两套子采集装置，子采集装置均包括有依次连接的采样和保持单元、过滤器、模拟数字转换器和共用的处理单元，一套子采集装置中的采样和保持单元一端连接第一光电转换器以接收数据，采样和保持单元另一端输出的数据依次经过滤器和模拟数字转换器输入至共用的处理单元，另一套子采集装置中的采样和保持单元一端连接第一光电转换器以接收数据，采样和保持单元另一端输出的数据依次经过滤器和模拟数字转换器输入至共用的处理单元；在每套子采集装置中所述的采样和保持单元与激光源之间设有控制脉冲发射时序的触发系统。基于上述技术方案，本专利技术分布式光纤传感系统中数据采集的装置和方法在实践使用中取得了如下技术效果：1.本专利技术的装置和方法通过设计触发系统来控制激光脉冲的发射时间与采集时间，并采用采样和保持单元代替传统的快速采样器，使系统降低对模拟数字转换器的要求，因此可以使用廉价的集成器件来降低成本而不影响整个系统的采集测量精度。2.本专利技术方法通过控制激光发射、采样和保持单元采样之间的时间间隔，不但可以获取光纤任何位置的定位，还可以达成对整条光纤的全分布式测量，其具体通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，所述的分布式光纤传感系统包括有激光源、光耦合器或环行器、光纤、滤光片、光电转换器和数据采集装置，所述激光源发出的激光脉冲经光耦合器或环行器进入光纤，光纤中反射回的背向散射光经光耦合器或环行器后依次进入滤光片和光电转换器，经光滤波和光电转换的电信号进入至数据采集装置中，其特征在于，所述的数据采集装置包括有依次连接的采样和保持单元、模拟数字转换器以及处理单元，所述的采样和保持单元一端连接光电转换器以接收数据，采样和保持单元另一端输出的数据经模拟数字转换器输入至处理单元；在所述的采样和保持单元与激光源之间设有控制脉冲发射时序的触发系统。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，所述的分布式光纤传感系统包括有激光源、光耦合器或环行器、光纤、滤光片、光电转换器和数据采集装置，所述激光源发出的激光脉冲经光耦合器或环行器进入光纤，光纤中反射回的背向散射光经光耦合器或环行器后依次进入滤光片和光电转换器，经光滤波和光电转换的电信号进入至数据采集装置中，其特征在于，所述的数据采集装置包括有依次连接的采样和保持单元、模拟数字转换器以及处理单元，所述的采样和保持单元一端连接光电转换器以接收数据，采样和保持单元另一端输出的数据经模拟数字转换器输入至处理单元；在所述的采样和保持单元与激光源之间设有控制脉冲发射时序的触发系统。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，其特征在于，在所述的采样和保持单元与模拟数字转换器之间还设有滤光器。
3.根据权利要求2所述的一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，其特征在于，所述的触发系统中存储有预定用户定义的光纤上的特定位置，配置的第一束激光脉冲在t0时发出，第二束激光脉冲在t1时发出，对应光纤上特定的位置，该t0与t1之间的时间差对应特定位置的长度，该长度由激光在光纤中的传播速度和时延计算得出。
4.根据权利要求3所述的一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，其特征在于，所述的采样和保持单元中设有求平均值模块和数据保持模块，所述的平均值模块接收采样的电信号并求平均值，所述的数据保持模块将所得的平均值保持一定时间。
5.根据权利要求1所述的一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，其特征在于，所述的光电转换器为光电二极管、雪崩光电二极管或PIN光电二极管。
6.一种分布式光纤传感系统中数据采集的装置，其特征在于，所述的分布式光纤传感系统包括有激光源、光耦合器、光纤、滤光片、第一光电转换器、第二光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健威，张成先，罗巧梅，
申请(专利权)人：上海波汇通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31