分布式光纖測溫系統(tǒng)原理和應(yīng)用

分布式光纖測溫系統(tǒng)應(yīng)用

光纖測溫系統(tǒng)可以應(yīng)用在機房發(fā)射機上，可以對平時無法使用儀器檢測的關(guān)鍵設(shè)備點進行實施測量，掌握其工作狀態(tài)。這些關(guān)鍵設(shè)備含有大電流大電壓，并且諧波分量很大，傳統(tǒng)的弱電壓儀表會受到很大干擾，測量結(jié)果不準(zhǔn)確。而分布式光纖測溫系統(tǒng)系統(tǒng)使用光信號，能夠徹底消除高頻大電流的干擾。

分布式光纖測溫原理

分布式光纖測溫，利用了光信號后向散射的原理，具體再分又有3種：瑞利散射，拉曼散射和布里淵散射。目前技術(shù)成熟，在市場上應(yīng)用廣泛的是基于拉曼散射開發(fā)的產(chǎn)品。拉曼散射的本質(zhì)就是光子和光纖分子的熱振動相互作用發(fā)生能量交換。當(dāng)一個激光脈沖從光纖的輸入端進入的時候，這個脈沖會沿著光纖向前傳播。過程中脈沖會和光纖內(nèi)部的分子發(fā)生碰撞，進而在這個分子處產(chǎn)生反射。其中的一部分反射光正好和入射光方向相反，這部分反射光因此有叫后向反射光。后向反射光的強度與反射點的溫度存在相關(guān)的關(guān)系，溫度越高強度越大。后向光包括對溫度不敏感的stokes光以及對溫度敏感的antistokes光，這兩者的波長不一樣。可以使用光波分復(fù)用器將兩者分離，被靈敏度很高的探測器APD探測到，再根據(jù)這兩者的光強比值就能夠計算出溫度。而測溫點位置的確定，是利用光的時域反射OTDR技術(shù)，通過高速數(shù)據(jù)采集測量信號的回波時間，算出測溫點的位置。

分布式光纖測溫原理

控制電路設(shè)計在控制電路中，我們需要把光纖傳感器送來的信號進行光電轉(zhuǎn)換，變成電信號，然后對這些電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，最后送到單片機處理，供給工作人員實時監(jiān)測。光電轉(zhuǎn)換部分可以使用光電轉(zhuǎn)換器，這部分設(shè)備放在控制室，遠離發(fā)射機，以減少高頻諧波信號對其的干擾。轉(zhuǎn)換成電信號后，一般是4-20ma的弱電信號，接入CD4051芯片，這是模擬信號8選1芯片，即是一個單刀8擲開關(guān)。由他來循環(huán)控制8路信號進入后面的模數(shù)轉(zhuǎn)換。這樣可以使用一個模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來進行8路模數(shù)轉(zhuǎn)換，節(jié)省了成本。經(jīng)過CD4051后，信號進入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片MAX187，在這里進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。MAX187芯片提供12位的轉(zhuǎn)換精度，輸入端要接入0-5伏電信號，輸出的數(shù)字信號傳遞給單片機，由單片機處理。當(dāng)工作人員發(fā)現(xiàn)溫度過高時，可以快速采取措施，防止出現(xiàn)嚴重故障。

CD4051芯片需要5伏供電，幾個參考電壓VEE,VSS都要接地。有8路輸入端口，最多可以接收8路信號源的信號。A0，A1，A2是3個地址編碼端口，連接單片機的3個I/O引腳，由單片機來對其地址進行編碼，從而選擇哪路輸入信號可以被送到輸出端，再送到MAX187芯片。在MAX187芯片上，要提供5伏供電和地信號，還要從單片機連接3個信號線，分別是片選信號，時鐘信號和輸出信號。在本方案里連接P32，P33，P34等3個端口。通過對片選信號和時鐘信號時序進行控制，來控制MAX187模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過P34端口輸送到單片機。MAX187的時序采用I2C總線協(xié)議，這個協(xié)議的優(yōu)點是需要的端口資源較少，只要2個控制線即可，再有1個數(shù)據(jù)線，即3個端口就能正常工作。在單片機中，我們要設(shè)計晶振模塊，使用12MHZ的晶振塊與2個30PF的陶瓷電容配合，接入單片機為他提供基準(zhǔn)頻率。復(fù)位信號使用2個電解電容，1個電阻，1個LED指示燈和1個開關(guān)按鈕即可。單片機的EA/VPP端口接5伏電壓，保證其讀取自身內(nèi)部存儲器的程序。P0的8個端口可以接LCM小型顯示屏，把溫度信號顯示出來，或者用串口將溫度信號傳遞至電腦上，讓工作人員在電腦終端監(jiān)測。軟件編程在完成硬件設(shè)計后，就可以進行軟件編程。本系統(tǒng)的軟件編程主要實現(xiàn)以下幾方面功能：CD4051的控制，MAX187模數(shù)轉(zhuǎn)換的控制，有采樣保持量化編碼等，串口通訊，主程序數(shù)據(jù)處理。下面將對這些功能編寫代碼。MAX187的驅(qū)動程序編寫MAX187的驅(qū)動程序作為一個子函數(shù)，后面在主函數(shù)中調(diào)用該子函數(shù)。讓MAX187的片選信號為低電平，產(chǎn)生一個下降該設(shè)計能夠很好的解決大電壓大電流下信號被干擾的問題，防止傳統(tǒng)型傳感器因為高頻干擾失靈甚至被燒毀的現(xiàn)象。同時其測量是不間斷連續(xù)式，精度很高，從而使得以往半年才進行一次的檢修項目，變成每天都有實時監(jiān)測，使得工作人員可以更好的把握設(shè)備的各種狀態(tài)。

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