专利名称：一种可提高分布式光纤测温系统测温动态范围的电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及分布式光纤测温系统技术领域，特别涉及一种可提高分布式光纤测温系统测温动态范围的电路。
背景技术：
分布式光纤测温系统(以下称DTS系统)是一种基于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，经光电转换后产生拉曼电信号，经放大并滤波，再进行信号处理后就可解调出温度场的实时温度信息。由于DTS是分布式的，即光缆连续地铺设在需要监测的现�。揖嗬虢铣�(通常是几公里)，相比与其他测温系统，DTS具有明显的优势。该系统目前已广泛应用于各种隧道，电力，钢铁 厂及矿场等需要火灾监测的领域。测温动态范围(即DTS系统可测量的温度范围)是DTS系统的一项重要指标，不同应用场合对DTS系统的测温动态范围要求不同，例如隧道消防监控的测温动态范围是几十。C，而电力及钢铁厂的温度监控则是几百。C。DTS系统的测温动态范围由系统数据采集卡的模数转换器(ADC)的动态范围决定，而模数转换器的动态范围通常是固定的，因此按照常规的电路设计方法，DTS系统的动态范围也是固定的。常规的DTS系统数据采集卡如附图
I所示，包括前置差分放大器，第一隔直电容(Cl)、第二隔直电容(C2)，获取共模电压的第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)，组成低通滤波器的第三电阻(R3)、第四电阻(R4)及第三电容(C3)，模数转换器(ADC)，数据采集控制器FPGA。上述常规电路所获得的信号动态范围如图2所示，这种常规电路的缺陷是当输入的拉曼信号F过大时会出现饱和现象(失真)；而信号一旦出现饱和现象，经采集后，解调出的温度信息则出现失真，也就是测温动态范围不够。下面从原理上来做进一步的分析从模数转换器的特点可知，假设模数转换器等效输入信号S范围是-Av +Av (例如A= I)，转换成数字后输出D范围是O (2N-1)，其中N为模数转换器的位数(即分辨率)。当模数转换器等效输入信号S为-Av时，对应的数字转换结果D为O ;而当模数转换器的等效输入信号为+Av时，转换成数字输出结果D为(2n-1);即0=(等效输入信号S幅值/^02^+2^1。当模数转换器输入信号S ( -Av时，S出现饱和，转换成数字输出结果D为O ;当模数转换器输入信号S彡Av时，S出现饱和，转换成数字输出结果D为(2n-1)。那么，假设输入拉曼信号为F，经差分放大器后变成差分信号Fp和Fn，经隔直电容后变成Sp和Sn，而模数转换器输出的工模电压为CML0，那么有Sp = Fp+CMLO ；Sn = Fn+CMLO ；于是模数转换器等效输入信号为S = Sp-Sn = (Fp+CMLO)-(Fn+CMLO) = Fp_Fn。[0011]再来分析拉曼信号F的幅值特点，拉曼信号F的幅值是大于等于0，即S =Fp-Fn ^ O。那么拉曼信号F经过差分放大器及隔直电容后得到模数转换器的等效输入信号的范围是0v彡S彡+Av，那么模数转换器转换的结果D > 2n-j ;即系统的动态范围是
( D ( (2N-1)，如图I所示系统有效信号动态范围为Y。 I。也就是系统只利用到了模数转换器动态范围的一半，即2H (2N_1)，而另一半O (2N_Ll)没有被利用到；因而测温动态范围受到限制。当输入拉曼信号比较大时(例如温度比较高)，模数转换器输入等效信号将达到饱和，即会出现S ^ Av,模数转换器转换的结果D = 2Ν-\从而造成信号失真，解调出的温度信号也失真。因此，设计一种电路来防止拉曼信号出现饱和，从而提高DST系统测温动态范围，这对DTS系统应用具有重要意义。
实用新型内容为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种可提高分布式光纤测温系统测温动态范围的电路，可以提高DTS系统拉曼信号的动态范围，从而提高系统测温动态范围。为了达到上述目的，本实用新型采用一种可提高分布式光纤测温系统测温动态范围的电路，包括前置差分放大器，第一隔直电容、第二隔直电容，获取共模电压的第一电阻和第二电阻、组成低通滤波器的第三电阻、第四电阻及第三电容、模数转换器、数据采集控制器，所述前置差分放大器分别连接第一隔直电容的一端和第二隔直电容的一端，第一隔直电容的另一端分别连接第一电阻的一端和第三电阻的一端，第三电阻的另一端分别连接第三电容的一端和模数转换器的一端，第二隔直电容的另一端分别连接第二电阻的一端和第四电阻的一端，第四电阻的另一端分别连接第三电容的另一端和模数转换器的另一端，模数转换器的第三端连接数据采集控制器，其特征在于还包括第五电阻、第六电阻及射随放大器。所述第五电阻的一端连接模数转换器、第六电阻及第二电阻，另一端连接射随放大器的一端。所述射随放大器的另两端分别连接第一电阻的一端。所述第六电阻的另一端接地。一种可提高分布式光纤测温系统测温动态范围的电路，其工作原理如下假设输入的拉曼信号为F ；F经差分放大器后变成差分信号Fp和Fn ;模数转换器等效输入信号为S，其范围是-Av +Av (例如A = I)，转换成数字后输出D，其范围是O (2N-1)，其中N为模数转换器的位数，即分辨率；模数转换器输出的共模电压为CMLO ；CML0经过射随放大器输出到第一电阻Rl的电压为CMLl ;具体实现过程如下I)拉曼信号F经差分放大器后变成差分信号Fp和Fn ；2)Fp和Fn经第一隔直电容、第二隔直电容后变成Sp和Sn，有Sp = Fp+CML1 ；Sn = Fn+CMLO ；3)模数转换器输入等效信号为S，有S = Sp-Sn = (Fp-Fn) + (CMLI-CML0)，[0029]其中CMLl = CMLO* (R6/ (R5+R6))，因此S = (Fp-Fn) - (R5/ (R5+R6)) *CML0，由于拉曼信号F > 0，如前文所述(Fp-Fn) > O ;当S > +Av时，S出现饱和；那么S的有效动态范围是- (R5/ (R5+R6)) *CML0 ^ S ^ +Av ；4) S经模数转换器转换的结果为D
权利要求1.一种可提高分布式光纤测温系统测温动态范围的电路，包括前置差分放大器，第一隔直电容、第二隔直电容，获取共模电压的第一电阻和第二电阻、组成低通滤波器的第三电阻、第四电阻及第三电容、模数转换器、数据采集控制器，所述前置差分放大器分别连接第一隔直电容的一端和第二隔直电容的一端，第一隔直电容的另一端分别连接第一电阻的一端和第三电阻的一端，第三电阻的另一端分别连接第三电容的一端和模数转换器的一端，第二隔直电容的另一端分别连接第二电阻的一端和第四电阻的一端，第四电阻的另一端分别连接第三电容的另一端和模数转换器的另一端，模数转换器的第三端连接数据采集控制器，其特征在于还包括第五电阻、第六电阻及射随放大器，所述第五电阻的一端分别连接模数转换器的第四端、第六电阻的一端及第二电阻的另一端，第五电阻的另一端连接射随放大器的一端，所述射随放大器的另两端分别连接第一电阻的另一端。
2.根据权利要求I所述的一种可提高分布式光纤测温系统测温动态范围的电路，其特征在于所述第六电阻的另一端接地。
专利摘要本实用新型公开了一种可提高分布式光纤测温系统测温动态范围的电路，包括前置差分放大器，第一隔直电容、第二隔直电容，获取共模电压的第一电阻和第二电阻、组成低通滤波器的第三电阻、第四电阻及第三电容、模数转换器、数据采集控制器，其特征在于还包括第五电阻、第六电阻和射随放大器；第五电阻的一端连接模数转换器、第六电阻及第二电阻，另一端连接射随放大器的一端；射随放大器的另两端分别连接第一电阻的一端；第六电阻的另一端接地。本实用新型的优点是通过增加电路来改变模数转换器差分输入共模电压，使得各路差分信号共模电压不同，经此改进后，系统信号动态范围得到了提高，从而提高了DTS系统的测温范围。
文档编号G01K11/32GK202522339SQ201120470759
公开日2012年11月7日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者黄正 申请人:上海华魏光纤传感技术有限公司
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