分布式光纤传感器采集控制系统设计
发布时间：2021-01-07 09:04
分布式光纤传感器采集控制系统是布里渊光时域分析系统的重要部分,本文介绍了分布式光纤传感器采集控制系统的基本理论并给出了总体设计方案。采集控制系统方案设计分为原理图设计和PCB设计两方面,在理论指导下对系统中各模块硬件电路的原理图和PCB布局布线进行了详细设计。设计包括系统各个功能模块的规划设计、主要器件的选型和参数的计算（控制电路,数模电路混合设计）等,实现对采集和系统其它模块的控制,协调各模块的工作。本文着重阐述了分布式光纤传感器采集控制系统设计的硬件电路设计。基于分布式光纤传感器的理论基础和PCB设计理论,完成了分布式光纤传感器采集控制设计方案的总体设计。系统中每个模块的电路设计都会直接影响分布式光纤传感器采集控制系统的精度和稳定性,论文围绕设计方案中的电源模块、采集控制模块、通信接口模块的设计进行了详细分析与论证。论文最后对实现的PCB板进行了时序测试,测试结果达到了预期效果,实现了系统其它部分需要的信号。
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１光纤传感器系统的基本组成??
（ＢＯＴＤＲ）技术；基于布里渊光时域分析（ＢＯＴＤＡ）技术；基于布里渊光频域??分析技术（ＢＯＦＤＡ）技术。下面详细介绍这三种技术。基于ＢＯＴＤＲ【２Ｇ＾术的分??布式光纤传感技术结构框图如图２－２所示。??ｌ－Ｊ?Ｌ?——＾?传感總??激光器?＞?耦合器?????滤波器???ｙ???信理??图２－２?ＢＯＴＤＲ结构图??ＢＯＴＤＲ系统中的脉冲光传输过程中（在光纤中传输），发送端能够测量到后??向的散射光（是由布里渊散射产生的），在测量时光纤的位置信息是通过脉冲光??和布里渊散射产生的后向的散射光的时间延迟来获得的，光纤的衰减情况是通过??后向的散射光的强度来获得的。布里渊散射最容易受到温度和应变的影响，因此??只需要测量布里渊散射就可以知道影响散射的温度和应变的信息。法布里－珀罗??干涉仪是最为传统的测量方法，但是它的缺点是不稳定并且检测布里渊散射信号??困难，所以测量结果不准确。后来相干测量实现了自发布里渊信号的检测和分布??式温度、应变测量，并且测量结果很准确且只需要在光纤的一端就可以进行测量，??非常方便。ＢＯＴＤＡ最开始被当作一种非破坏性的光纤损耗测量技术
当光纤出现应变时，出现应变的位置的布里渊频移也会出现改变，此处的??ＢＯＴＤＡ信号会出现衰减。可以让探测的光源和入射的泵浦光的频率偏差与发生??变化的布里渊频率相等，这样就可以获得此处的布里渊散射信号。综上所述，可??以利用ＢＯＴＤＡ技术探测到光线上任何一点的布里渊散射频移，布里渊频移会受??到应变的影响而变化，可以利用它们之间的关系，就可以获得光纤上任意一点的??应变分布，此测量方法的测量准确度是非常高的。与其他的方法相比，在相同条??件下，布里渊信号能够测量的距离更长，原因是脉冲光在沿光纤传播时被放大，??因此利用布里渊损耗信号的测量有一定的优越性。基于ＢＯＴＤＡ技术的系统的优??点是动态范围大，测量精度高。基于ＢＯＦＤＡ的传感技术是由德国的Ｄ．Ｇａｒｕｓ等??人提出来的一种新的传感技术，此系统的框图如图２－４所示。??泵浦激?丨：ｍ?．！?□?ｆ电光调：?！探测激ｊ??止３２?—?柄口者５?＾＂?ｉｔｉｌｎａ?ａ．ｏ??Ｔｔ；益?——?．．．．制益?兀益??Ｖ，??Ｊ?ｉ?Ｉ?＼?／?＼???Ｊ?Ｖ???／??，?Ｖ???ｘ????
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BOFDA的感测光纤温度系数影响因素研究[J]. 焦浩然,施斌,魏广庆,王兴,贾立翔. 电子测量与仪器学报. 2018(01)
[2]基于BOTDR系统的检测方法研究进展[J]. 韩雪,李永倩,李晓娟,陈耀辉. 光通信技术. 2017(09)
[3]基于OTDR的分布式光纤传感器原理及其应用[J]. 倪玉婷,吕辰刚,葛春风,武星. 光纤与电缆及其应用技术. 2006(01)
[4]PWM开关稳压电源尖峰干扰的分析与抑制[J]. 熊亚兰. 火控雷达技术. 2003(03)
[5]几种新型的掺铒光纤放大器[J]. 邱仁和,阳华,伍浩成,吴国锋. 光通信技术. 2001(03)
[6]常见的串行通讯接口标准[J]. 周修理,杨方,陈萍. 电测与仪表. 2001(04)
博士论文
[1]基于布里渊散射的分布式光纤传感器关键技术研究[D]. 杨智生.北京邮电大学 2016
硕士论文
[1]BOTDA分布式光纤传感器高速数据采集系统设计[D]. 梅志强.北京石油化工学院 2018
[2]数字化可视对讲系统设计与实现[D]. 邱悦.南京理工大学 2014
[3]基于MPC8315E的PCI-E加密卡硬件系统设计[D]. 董秀彩.北京交通大学 2012
[4]AVS视频解码芯片原型验证平台的研究与设计[D]. 董红蕾.山东大学 2011
[5]分布式光纤温度传感器的设计和优化[D]. 周正仙.上海交通大学 2009
[6]数模混合电源管理集成电路XDJ6398的设计[D]. 穆堃.西安电子科技大学 2007
本文编号：2962281
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１光纤传感器系统的基本组成??
（ＢＯＴＤＲ）技术；基于布里渊光时域分析（ＢＯＴＤＡ）技术；基于布里渊光频域??分析技术（ＢＯＦＤＡ）技术。下面详细介绍这三种技术。基于ＢＯＴＤＲ【２Ｇ＾术的分??布式光纤传感技术结构框图如图２－２所示。??ｌ－Ｊ?Ｌ?——＾?传感總??激光器?＞?耦合器?????滤波器???ｙ???信理??图２－２?ＢＯＴＤＲ结构图??ＢＯＴＤＲ系统中的脉冲光传输过程中（在光纤中传输），发送端能够测量到后??向的散射光（是由布里渊散射产生的），在测量时光纤的位置信息是通过脉冲光??和布里渊散射产生的后向的散射光的时间延迟来获得的，光纤的衰减情况是通过??后向的散射光的强度来获得的。布里渊散射最容易受到温度和应变的影响，因此??只需要测量布里渊散射就可以知道影响散射的温度和应变的信息。法布里－珀罗??干涉仪是最为传统的测量方法，但是它的缺点是不稳定并且检测布里渊散射信号??困难，所以测量结果不准确。后来相干测量实现了自发布里渊信号的检测和分布??式温度、应变测量，并且测量结果很准确且只需要在光纤的一端就可以进行测量，??非常方便。ＢＯＴＤＡ最开始被当作一种非破坏性的光纤损耗测量技术
当光纤出现应变时，出现应变的位置的布里渊频移也会出现改变，此处的??ＢＯＴＤＡ信号会出现衰减。可以让探测的光源和入射的泵浦光的频率偏差与发生??变化的布里渊频率相等，这样就可以获得此处的布里渊散射信号。综上所述，可??以利用ＢＯＴＤＡ技术探测到光线上任何一点的布里渊散射频移，布里渊频移会受??到应变的影响而变化，可以利用它们之间的关系，就可以获得光纤上任意一点的??应变分布，此测量方法的测量准确度是非常高的。与其他的方法相比，在相同条??件下，布里渊信号能够测量的距离更长，原因是脉冲光在沿光纤传播时被放大，??因此利用布里渊损耗信号的测量有一定的优越性。基于ＢＯＴＤＡ技术的系统的优??点是动态范围大，测量精度高。基于ＢＯＦＤＡ的传感技术是由德国的Ｄ．Ｇａｒｕｓ等??人提出来的一种新的传感技术，此系统的框图如图２－４所示。??泵浦激?丨：ｍ?．！?□?ｆ电光调：?！探测激ｊ??止３２?—?柄口者５?＾＂?ｉｔｉｌｎａ?ａ．ｏ??Ｔｔ；益?——?．．．．制益?兀益??Ｖ，??Ｊ?ｉ?Ｉ?＼?／?＼???Ｊ?Ｖ???／??，?Ｖ???ｘ????
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BOFDA的感测光纤温度系数影响因素研究[J]. 焦浩然,施斌,魏广庆,王兴,贾立翔. 电子测量与仪器学报. 2018(01)
[2]基于BOTDR系统的检测方法研究进展[J]. 韩雪,李永倩,李晓娟,陈耀辉. 光通信技术. 2017(09)
[3]基于OTDR的分布式光纤传感器原理及其应用[J]. 倪玉婷,吕辰刚,葛春风,武星. 光纤与电缆及其应用技术. 2006(01)
[4]PWM开关稳压电源尖峰干扰的分析与抑制[J]. 熊亚兰. 火控雷达技术. 2003(03)
[5]几种新型的掺铒光纤放大器[J]. 邱仁和,阳华,伍浩成,吴国锋. 光通信技术. 2001(03)
[6]常见的串行通讯接口标准[J]. 周修理,杨方,陈萍. 电测与仪表. 2001(04)
博士论文
[1]基于布里渊散射的分布式光纤传感器关键技术研究[D]. 杨智生.北京邮电大学 2016
硕士论文
[1]BOTDA分布式光纤传感器高速数据采集系统设计[D]. 梅志强.北京石油化工学院 2018
[2]数字化可视对讲系统设计与实现[D]. 邱悦.南京理工大学 2014
[3]基于MPC8315E的PCI-E加密卡硬件系统设计[D]. 董秀彩.北京交通大学 2012
[4]AVS视频解码芯片原型验证平台的研究与设计[D]. 董红蕾.山东大学 2011
[5]分布式光纤温度传感器的设计和优化[D]. 周正仙.上海交通大学 2009
[6]数模混合电源管理集成电路XDJ6398的设计[D]. 穆堃.西安电子科技大学 2007
本文编号：2962281
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