分布式光纖傳感系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供分布式光纖傳感系統，設有模數轉換模塊、FPGA模塊、DSP模塊和存儲模塊，各模塊均采用高精度芯片，以保證提高計算精度、縮短測量時間；為模數轉換模塊、DSP模塊和FPGA模塊分別設置時鐘信號，以保證各模塊高效運行，進一步提高系統精度，進一步縮短測量時間；精確地為各模塊設置電源，以保證各模塊穩定運行，提高系統的穩定性。
【專利說明】
分布式光纖傳感系統
技術領域
[0001 ]本發明涉及光纖傳感領域，特別是涉及分布式光纖傳感系統。
【背景技術】
[0002]傳感系統是分布式光纖傳感器的關鍵部分，直接影響到整個系統的測量精度、空間分辨率、測量時間等，現有傳感系統存在精度不高、測量時間較長的缺點。
【發明內容】
[0003]本發明提供分布式光纖傳感系統，解決現有傳感系統存在的精度低、測量時間長的問題。
[0004]分布式光纖傳感系統，包括模數轉換模塊、FPGA模塊以及DSP模塊;所述模數轉換模塊的輸入信號為斯托克斯信號以及反斯托克斯信號，模數轉換模塊的輸出信號輸入至FPGA模塊中；FPGA模塊的一路信號輸出至存儲模塊，FPGA模塊的另一路信號輸出至DSP模塊;DSP模塊的一路信號輸出至存儲模塊，DSP模塊的另一路信號輸出至外部終端。
[0005]進一步包括電源模塊;所述電源模塊為模數轉換模塊、FPGA模塊、DSP模塊以及存儲模塊供電。
[0006]進一步包括時鐘模塊;所述時鐘模塊的兩路信號分別輸出至FPGA部分和DSP部分。
[0007]所述模數轉換模塊為ADS62P25。
[0008]所述DSP 模塊為 TMS320VC5416。
[0009]與現有技術相比，具有如下特點:
[0010]1、設有模數轉換模塊、FPGA模塊、DSP模塊和存儲模塊，各模塊均采用高精度芯片，以保證提高計算精度、縮短測量時間；
[0011 ] 2、為模數轉換模塊、DSP模塊和FPGA模塊分別設置時鐘信號，以保證各模塊高效運行，進一步提高系統精度，進一步縮短測量時間；
[0012]3、精確地為各模塊設置電源，以保證各模塊穩定運行，提高系統的穩定性。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明結構原理框圖。
【具體實施方式】
[0014]以下結合實施例對本發明作進一步說明，但本發明并不局限于這些實施例。
[0015]分布式光纖傳感系統進行數據采集時需具備可靠性、穩定性、維護性和擴展性，具體涉及模數采樣頻率、模數采樣精度、緩存大小、DSP處理速度、系統功耗、系統成本等因素。本發明提供的分布式光纖傳感系統，包括模數轉換模塊、FPGA模塊以及DSP模塊;模數轉換模塊的輸入信號為斯托克斯信號以及反斯托克斯信號，模數轉換模塊的輸出信號輸入至FPGA模塊中；FPGA模塊的一路信號輸出至存儲模塊，FPGA模塊的另一路信號輸出至DSP模塊;DSP模塊的一路信號輸出至存儲模塊，DSP模塊的另一路信號輸出至外部終端。進一步包括電源模塊;所述電源模塊為模數轉換模塊、FPGA模塊、DSP模塊以及存儲模塊供電。進一步包括時鐘模塊；時鐘模塊的兩路信號分別輸出至F P G A部分和D S P部分。D S P模塊為TMS320VC5416。
[0016]本發明為主動式結構，DSP模塊為主機，FPGA模塊為從機，DSP模塊用于進行大量、復雜的信號處理運算，FPGA模塊用于進行邏輯控制。斯托克斯信號以及反斯托克斯信號輸入至模數轉換模塊進行模數轉換，得到12位數字信號，并行輸入至FPGA模塊，由FPGA模塊進行讀取，并將兩路數字信號同時輸入至存儲模塊，存儲模塊為多個靜態隨機存儲器，FPGA模塊的輸出信號好輸入至DSP模塊，DSP模塊對信號進行累加、平均、降噪以及解調，用于提高傳感信號的信噪比，并向外部終端傳輸解調的溫度值。整個系統以DSP模塊為核心，通過DSP模塊發出接收準備指令，啟動FPGA模塊的接收，通過激光器的同步脈沖判斷起始數據并開始接收。
[0017]模數采樣速率和精度會影響信號處理的質量，并決定最終結果的空間分辨率和溫度精確度。因拉曼散射光功率在單位溫度下的功率變化非常地微小，因此本發明模數轉換模塊采用高精度的雙路模數轉換，采樣速率為8 O -10 O M H z。本發明的模數轉換模塊為ADS62P25。斯托克斯信號以及反斯托克斯信號以差分形式輸入至模數轉換模塊中，以保證高質量、高精確度地采樣。在模擬信號階段，差分信號可以濾掉偶次諧波分量、共模干擾信號，有利于提高ADS62P25性能。差分信號的產生通過芯片THS4509來實現，THS4509具有全差分邏輯結構、信號放大功能、帶寬1900MHz等特性。
[0018]FPGA模塊為可編輯邏輯器件，具有抗干擾能力強、處理速度快、電路成本高、使用方便等優點，用于接收模數轉換模塊傳輸來的高速、高精度的數據流，對數據流進行高速緩存以及邏輯控制，FPGA模塊為EP2C8F256C8。
[0019]DSP模塊為TMS320vC5416，用于存儲和處理模數轉換模塊采樣到的大批量實時數據，最高運算速度可以達到160MIPS、具有三個獨立的存儲空間:程序、數據和輸入輸出空間，其CPU運算速度快、內部資源充足、接口靈活、功耗低，非常適合做大批量實時數據運算。
[0020]存儲模塊的存儲速度關系到本發明的穩定性和精確度，用于存儲數據和程序，存儲模塊為CY7C1041，用于緩存連續的數據流，包括緩存斯托克斯、反斯托克斯信號、DSP程序以及待處理數據，防止在傳輸和存儲操作時丟失數據。
[0021 ]電源模塊用于為模數轉換模塊、FPGA模塊、DSP模塊以及存儲模塊供電。電源模塊提供的電源為+5￥、+4￥、+3.3￥、+1.8￥、+1.5￥、+ 1.2￥以及-1￥。電源的抖動和額定功率不足都將會影響芯片的差分信號輸出。
[0022]時鐘模塊用于為FPGA模塊和DSP模塊提供高精度的時鐘信號，以保證其穩定工作。時鐘模塊由外部晶體振蕩器產生。DSP模塊的時鐘信號由內部鎖相環倍頻實現。FPGA模塊的時鐘信號由內部鎖相環倍頻實現。模數轉換模塊的時鐘信號由FPGA模塊產生時鐘信號，實現單端時鐘轉差分時鐘。模數轉換模塊的時鐘信號要求高質量、低相位誤差的采樣時鐘，要求時鐘抖動小，信噪比小，以保證采樣精度。
[0023]光纖中的自發拉曼散射產生斯托克斯光和反斯托克斯光，斯托克斯光受溫度影響較小，反斯托克斯光則對溫度很敏感。短脈沖大功率激光器產生脈沖光，經波分復用模塊后送入傳感光纖，在傳感光纖中產生托克斯信號和反斯托克斯信號，由波分復用器區分兩路光，送入光電探測器，這兩路光與短脈沖大功率激光器的脈沖光，輸入至模數轉換模塊，經FPGA模塊和DSP模塊處理后，輸入至外部終端進行管理和顯示。
【主權項】
1.分布式光纖傳感系統，其特征在于:包括模數轉換模塊、FPGA模塊以及DSP模塊;所述模數轉換模塊的輸入信號為斯托克斯信號以及反斯托克斯信號，模數轉換模塊的輸出信號輸入至FPGA模塊中；FPGA模塊的一路信號輸出至存儲模塊，FPGA模塊的另一路信號輸出至DSP模塊;DSP模塊的一路信號輸出至存儲模塊，DSP模塊的另一路信號輸出至外部終端。2.根據權利要求1所述的分布式光纖傳感系統，其特征在于:進一步包括電源模塊;所述電源模塊為模數轉換模塊、FPGA模塊、DSP模塊以及存儲模塊供電。3.根據權利要求1所述的分布式光纖傳感系統，其特征在于:進一步包括時鐘模塊;所述時鐘模塊的兩路信號分別輸出至FPGA部分和DSP部分。4.根據權利要求1所述的分布式光纖傳感系統，其特征在于:所述模數轉換模塊為ADS62P25。5.根據權利要求1所述的分布式光纖傳感系統，其特征在于:所述DSP模塊為TMS320VC5416。
【文檔編號】G01K11/32GK106092157SQ201610671276
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月15日 公開號201610671276.1, CN 106092157 A, CN 106092157A, CN 201610671276, CN-A-106092157, CN106092157 A, CN106092157A, CN201610671276, CN201610671276.1
【發明人】姚峰
【申請人】桂林創研科技有限公司