CN203705085U

CN203705085U - 一种分布式光纤测温装置及系统

Info

Publication number: CN203705085U
Application number: CN201420086739.4U
Authority: CN
Inventors: 张斌; 李小娟; 陈泽贵; 梁小斌; 谢志勇
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Beijing Nanrui Zhixin Micro Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Beijing Nanrui Zhixin Micro Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2024-02-27

Abstract

本实用新型公开了一种分布式光纤测温装置及系统，包括：超窄脉冲激光器、光路模块、传感光纤、光电转换模块、信号处理模块、FPGA单元和ARM处理器；其中，超窄脉冲激光器通过光路模块与传感光纤相连；光电转换模块的输入端与光路模块相连，输出端与信号处理模块相连；FPGA单元分别与超窄脉冲激光器、光电转换模块、信号处理模块和ARM处理器相连。该分布式光纤测温装置是一种基于ARM+FPGA平台架构的分布式测温装置，可以提高温度数据处理速度、提高了集成度，还可以降低装置功耗。

Description

一种分布式光纤测温装置及系统

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种分布式光纤测温装置及系统。

背景技术

分布式光纤测温传感器作为一项新型的传感技术,已经应用到很多领域，分布式测温装置要求实时性高，能及时反应监测对象的状态。当前，使用工控机作为数据处理平台，设备模块分散，集成度不高，综合效率低，因此功耗大，体积大，适用场合受限。同时，在大数据的情况下受总线速度影响，总体反应慢。

实用新型内容

本实用新型的目的是公开一种分布式光纤测温装置，解决当前分布式光纤测温集成度不高、综合效率低下的缺陷，可以提高集成度和数据处理速度。

本实用新型提供的一种分布式光纤测温装置，包括：超窄脉冲激光器、光路模块、传感光纤、光电转换模块、信号处理模块、FPGA单元和ARM处理器；其中，超窄脉冲激光器通过光路模块与传感光纤相连；光电转换模块的输入端与光路模块相连，输出端与信号处理模块相连；FPGA单元分别与超窄脉冲激光器、光电转换模块、信号处理模块和ARM处理器相连。

优选的，光路模块包括：波分复用器和定标光纤，波分复用器与定标光纤相连。

优选的，光电转换模块包括：APD、APD电压控制器和局部恒温控制器，APD分别与APD电压控制器和局部恒温控制器相连。

优选的，信号处理模块包括：运算放大器和模数转换器，运算放大器与模数转换器相连。

优选的，传感光纤为多模光纤。

本实用新型实施例提供的一种分布式光纤测温装置，是一种基于ARM+FPGA平台架构的分布式测温装置，其使用ARM+FPGA平台替代传统的工控机+数据采集卡平台来构建分布式光纤测温装置。该装置将FPGA作为总控制单元，在FPGA中进行分布式测温的算法和数据处理，使用ARM处理器作为任务处理单元，这降低了功耗，缩小了体积。同时提高了采用分布式光纤测温的温度数据处理速度，并提高了光纤测温装置的集成度，还降低了功耗。

本实用新型的目的是还公开一种分布式光纤测温系统，解决当前分布式光纤测温集成度不高、综合效率低下的缺陷，可以提高集成度和数据处理速度。

本实用新型提供的一种分布式光纤测温系统，包括：上述的分布式光纤测温装置、服务器、联动控制系统、移动监控终端和声光报警系统；其中，服务器分别与分布式光纤测温装置、联动控制系统、移动监控终端和声光报警系统相连。

优选的，移动监控终端通过WIFI或2/3G无线网络与服务器相连。

本实用新型实施例提供的一种分布式光纤测温系统，该系统集成了基于ARM+FPGA平台架构的分布式测温装置，可以大大提高系统的综合效率。该分布式光纤测温装置是一种基于ARM+FPGA平台架构的分布式测温装置，其使用ARM+FPGA平台替代传统的工控机+数据采集卡平台来构建分布式光纤测温装置。该装置将FPGA作为总控制单元，在FPGA中进行分布式测温的算法和数据处理，使用ARM处理器作为任务处理单元，这降低了功耗，缩小了体积。同时提高了采用分布式光纤测温的温度数据处理速度，并提高了光纤测温装置的集成度，还降低了功耗。

附图说明

图1是本实用新型提供的分布式光纤测温装置的第一结构图；

图2是本实用新型提供的分布式光纤测温装置的第二结构图；

图3是本实用新型提供的分布式光纤测温系统的结构图。

结合附图在其上标记以下附图标记：

11-超窄脉冲激光器，12-光路模块，13-传感光纤，14-光电转换模块，15-信号处理模块，16-FPGA单元，17-ARM处理器；

21-分布式光纤测温装置，22-服务器，23-联动控制系统，24-移动监控终端，25-声光报警系统。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本实用新型实施例提供的一种分布式光纤测温装置，包括：超窄脉冲激光器11、光路模块12、传感光纤13、光电转换模块14、信号处理模块15、FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）单元16和ARM处理器17。如图1所示，超窄脉冲激光器11通过光路模块12与传感光纤13相连；光电转换模块14的输入端与光路模块12相连，输出端与信号处理模块15相连；FPGA单元16分别与超窄脉冲激光器11、光电转换模块14、信号处理模块15和ARM处理器17相连。

具体的，本实用新型实施例中，超窄脉冲激光器11用于发射超窄激光。超窄脉冲激光器11的规格为波长1550nm，脉宽10ns的脉冲激光器，发射的超窄激光波长1550nm，脉冲宽度小于10ns。超窄脉冲激光器11在接收到FPGA单元16发送的触发信号后，发出一系列脉冲激光，经过光路模块12输出到传感光纤13。

光路模块12用于进行分光处理。参见图2所示，光路模块12具体包括波分复用器(Wavelength Division Multiplexing,WDM)和定标光纤。其中，波分复用器用于将光线中散射回来的斯托克斯散射光(Stokes,1650nm，即S光)和反斯托克斯散射光(Anti-Stokes,1450nm，即AS光)进行分光处理并发送至光电转换模块14，定标光纤用于提供解调温度信息的基准信息。

传感光纤13用于将带有温度信息的背向散射光返回至光路模块12。传感光纤13具体为多模光纤。

光电转换模块14用于将光路模块12传输的光信号转换为电信号。参见图2所示，光电转换模块14具体包括：APD(Avalanche Photo Diode,雪崩光电二极管)、APD电压控制器和局部恒温控制器。APD将光路模块12分离出的光信号转换成电流信号，同时，因APD的工作特性，需要加上局部恒温控制器，以保证APD稳定工作。

信号处理模块15用于对光电转换模块14输出的电信号进行放大和模数转换处理。参见图2所示，其具体包括：运算放大器和模数转换器。运算放大器主要将光电转换模块14发送的微弱电信号滤波并放大，并将放大后的信号传送给模数转换器进行模数转换，之后再将转换后的数字信号传送给FPGA单元16。

FPGA单元16为硬件层系统总控制单元，接收信号处理模块15发送的原始数字信号数据，并对该数据进行累加、解调等数据处理和算法处理，得到温度数据和位置数据，之后将该温度数据等发送至ARM处理器17。同时，FPGA单元16还可以通过发送触发信号来控制超窄脉冲激光器11。

ARM处理器17为任务处理单元，其接收FPGA单元16发送的温度数据，并根据温度数据，执行判断报警、历史记录、数据通讯、显示等操作。

本实用新型实施例提供的分布式光纤测温装置，其具体工作流程如下：超窄脉冲激光器11接收到FPGA单元16发送的触发信号后，发出一系列脉冲激光，经过光路模块12输出到传感光纤13。激光脉冲在传感光纤13中传输时，由于激光和光纤分子的相互作用，会产生背向散射光，该背向散射光包括斯托克斯拉曼散射光、反斯托克斯拉曼散射光和瑞利散射光等。由于瑞利散射光对温度不敏感，因此选择斯托克斯拉曼散射光、反斯托克斯拉曼散射光作为计算温度的主要依据。背向散射光经过传感光纤13返回至光路模块12，经光路模块12中的波分复用器提取出斯托克斯拉曼散射光和反斯托克斯拉曼散射光两束散射光，并将该两束散射光传输至光电转换模块14。通过光电转换模块14中的APD将上述两束散射光转换为电流信号，之后通过信号处理模块15中的运算放大器对该电流信号进行放大处理，并通过模数转换器将放大后的电流信号转换为数字信号，进而传输至FPGA单元16和ARM处理器17进行相应的数据处理。

本实用新型实施例还提供一种分布式光纤测温系统，包括：如上所述的分布式光纤测温装置21、服务器22、联动控制系统23、移动监控终端24和声光报警系统25。参见图3所示，分布式光纤测温装置21通过无线或通讯光纤与服务器22相连，联动控制系统23和声光报警系统25与服务器22相连，移动监控终端24通过无线与服务器22相连。

其中，分布式光纤测温装置21向服务器22提供测量的温度数据；联动控制系统23用于在该温度数据超过第一预设阈值时，启动联动控制系统23中的动力设备；声光报警系统25用于在该温度数据超过第二预设阈值时发出声光报警；移动监控终端24通过无线与服务器22相连，可以实时监控温度数据，其具体可通过WIFI或2/3G网络与服务器22相连。例如，该分布式光纤测温系统可应用于电缆沟、隧道等领域：分布式光纤测温装置21实时测量环境温度，并将测量的温度数据发送给服务器22；如果发生火灾，则该环境温度过高；当服务器22确定该温度数据超过第二预设阈值时，声光报警系统25发出声光报警；当服务器22确定该温度数据超过第一预设阈值时，联动控制系统23自动启动该系统中的消防设备来灭火。

本实用新型实施例提供的一种分布式光纤测温装置及系统，该装置是一种基于ARM+FPGA平台架构的分布式测温装置，其使用ARM+FPGA平台替代传统的工控机+数据采集卡平台来构建分布式光纤测温装置。该装置将FPGA作为总控制单元，在FPGA中进行分布式测温的算法和数据处理，使用ARM处理器作为任务处理单元，这降低了功耗，缩小了体积。同时提高了采用分布式光纤测温的温度数据处理速度，并提高了光纤测温装置的集成度，还降低了功耗。该系统集成了基于ARM+FPGA平台架构的分布式测温装置，可以大大提高系统的综合效率。

以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种分布式光纤测温装置，其特征在于，包括：超窄脉冲激光器、光路模块、传感光纤、光电转换模块、信号处理模块、FPGA单元和ARM处理器；

所述超窄脉冲激光器通过所述光路模块与所述传感光纤相连；

所述光电转换模块的输入端与所述光路模块相连，输出端与所述信号处理模块相连；

所述FPGA单元分别与所述超窄脉冲激光器、所述光电转换模块、所述信号处理模块和所述ARM处理器相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光路模块包括：波分复用器和定标光纤，所述波分复用器与所述定标光纤相连。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光电转换模块包括：APD、APD电压控制器和局部恒温控制器，所述APD分别与所述APD电压控制器和所述局部恒温控制器相连。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：运算放大器和模数转换器，所述运算放大器与所述模数转换器相连。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感光纤为多模光纤。

6.一种分布式光纤测温系统，其特征在于，包括：根据权利要求1-5中的一项所述的分布式光纤测温装置、服务器、联动控制系统、移动监控终端和声光报警系统；

所述服务器分别与所述分布式光纤测温装置、所述联动控制系统、所述移动监控终端和所述声光报警系统相连。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述移动监控终端通过WIFI或2/3G无线网络与所述服务器相连。