分布式光纤测温系统原理和应用

分布式光纤测温系统应用

光纤测温系统可以应用在机房发射机上，可以对平时无法使用仪器检测的关键设备点进行实施测量，掌握其工作状态。这些关键设备含有大电流大电压，并且谐波分量很大，传统的弱电压仪表会受到很大干扰，测量结果不准确。而分布式光纤测温系统系统使用光信号，能够彻底消除高频大电流的干扰。

分布式光纤测温原理

分布式光纤测温，利用了光信号后向散射的原理，具体再分又有3种：瑞利散射，拉曼散射和布里渊散射。目前技术成熟，在市场上应用广泛的是基于拉曼散射开发的产品。拉曼散射的本质就是光子和光纤分子的热振动相互作用发生能量交换。当一个激光脉冲从光纤的输入端进入的时候，这个脉冲会沿着光纤向前传播。过程中脉冲会和光纤内部的分子发生碰撞，进而在这个分子处产生反射。其中的一部分反射光正好和入射光方向相反，这部分反射光因此有叫后向反射光。后向反射光的强度与反射点的温度存在相关的关系，温度越高强度越大。后向光包括对温度不敏感的stokes光以及对温度敏感的antistokes光，这两者的波长不一样。可以使用光波分复用器将两者分离，被灵敏度很高的探测器APD探测到，再根据这两者的光强比值就能够计算出温度。而测温点位置的确定，是利用光的时域反射OTDR技术，通过高速数据采集测量信号的回波时间，算出测温点的位置。

分布式光纤测温原理

控制电路设计在控制电路中，我们需要把光纤传感器送来的信号进行光电转换，变成电信号，然后对这些电信号进行模数转换变成数字信号，最后送到单片机处理，供给工作人员实时监测。光电转换部分可以使用光电转换器，这部分设备放在控制室，远离发射机，以减少高频谐波信号对其的干扰。转换成电信号后，一般是4-20ma的弱电信号，接入CD4051芯片，这是模拟信号8选1芯片，即是一个单刀8掷开关。由他来循环控制8路信号进入后面的模数转换。这样可以使用一个模数转换芯片来进行8路模数转换，节省了成本。经过CD4051后，信号进入模数转换芯片MAX187，在这里进行模数转换。MAX187芯片提供12位的转换精度，输入端要接入0-5伏电信号，输出的数字信号传递给单片机，由单片机处理。当工作人员发现温度过高时，可以快速采取措施，防止出现严重故障。

CD4051芯片需要5伏供电，几个参考电压VEE,VSS都要接地。有8路输入端口，最多可以接收8路信号源的信号。A0，A1，A2是3个地址编码端口，连接单片机的3个I/O引脚，由单片机来对其地址进行编码，从而选择哪路输入信号可以被送到输出端，再送到MAX187芯片。在MAX187芯片上，要提供5伏供电和地信号，还要从单片机连接3个信号线，分别是片选信号，时钟信号和输出信号。在本方案里连接P32，P33，P34等3个端口。通过对片选信号和时钟信号时序进行控制，来控制MAX187模数转换，转换后的数据通过P34端口输送到单片机。MAX187的时序采用I2C总线协议，这个协议的优点是需要的端口资源较少，只要2个控制线即可，再有1个数据线，即3个端口就能正常工作。在单片机中，我们要设计晶振模块，使用12MHZ的晶振块与2个30PF的陶瓷电容配合，接入单片机为他提供基准频率。复位信号使用2个电解电容，1个电阻，1个LED指示灯和1个开关按钮即可。单片机的EA/VPP端口接5伏电压，保证其读取自身内部存储器的程序。P0的8个端口可以接LCM小型显示屏，把温度信号显示出来，或者用串口将温度信号传递至电脑上，让工作人员在电脑终端监测。软件编程在完成硬件设计后，就可以进行软件编程。本系统的软件编程主要实现以下几方面功能：CD4051的控制，MAX187模数转换的控制，有采样保持量化编码等，串口通讯，主程序数据处理。下面将对这些功能编写代码。MAX187的驱动程序编写MAX187的驱动程序作为一个子函数，后面在主函数中调用该子函数。让MAX187的片选信号为低电平，产生一个下降该设计能够很好的解决大电压大电流下信号被干扰的问题，防止传统型传感器因为高频干扰失灵甚至被烧毁的现象。同时其测量是不间断连续式，精度很高，从而使得以往半年才进行一次的检修项目，变成每天都有实时监测，使得工作人员可以更好的把握设备的各种状态。

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