一种基于fpga采集卡的光纤测温系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于FPGA采集卡的光纤测温系统，包括电源及连接电源的电源板，所述电源板连接激光器、采集卡和嵌入式ARM板，所述采集卡连接光电转换模块，所述光电转换模块输入采集卡的两路信号分别连接差分放大器，所述差分放大器分别连接采样频率为250MHz的ADC模块，所述两个ADC模块共同连接FPGA电路模块，且所述两个ADC模块和FPGA电路模块与时钟频率为250MHz的时钟模块连接。本发明可使DTS的空间分辨率显著提高，使DTS测量得到的温度与实际温度相符。
【专利说明】一种基于吓6八采集卡的光纤测温系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤传感【技术领域】，特别是一种基于？？以采集卡的光纤测温系统。
【背景技术】
[0002]光纤测温系统(013)是以光纤本身作为温度传感器来测量温度，只要敷设一根光纤，便可以连续多点地同时监测光纤所在位置的温度分布，因此，其可应用于包括建筑系统、电力系统、冶炼系统、化工系统等在内的温度测量。
[0003]系统空间分辨率是光纤测温系统(013)的一个重要性能指标。其中，决定系统空间分辨率大小的主要因素有三个:激光器的光脉冲宽度，光电转换模块(八?0)的带宽及采集卡的采样频率。目前，应用于013的采集卡采样频率为1001取，0X8的空间分辨率在20以上，但在实际情况下，必须使空间分辨率小于2% 013测量得到的温度值才能与实际温度值相符。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于？？以采集卡的光纤测温系统，提高采集卡的采样频率，显著提高013的空间分辨率，使013测量得到的温度与实际温度相符。
[0005]本发明解决其问题所采用的技术方案是:
一种基于采集卡的光纤测温系统，包括电源及连接电源的电源板，所述电源板连接激光器、采集卡和嵌入式八應板，所述采集卡连接光电转换模块，所述采集卡包括与所述光电转换模块输入采集卡的两路信号分别连接的差分放大器，所述差分放大器分别连接采样频率为250册12的虹)(:模块，所述两个虹)(:模块共同连接？？以电路模块，且所述两个八0(:模块和电路模块与时钟频率为250册12的时钟模块连接。
[0006]其中，所述八IX:模块选用1仙1丨、可达25013？3采样频率的八IX:芯片八034149，且其输入端口连接带宽为250册12的滤波器。
[0007]其中，所述时钟模块以？￡1电平作为芯片虹)34149的时钟输入配置，且芯片八034149的输出电平为001？ 1^03，对应的，在所述？?以电路模块配置有与1^03电平的1/0端相应的差分匹配电阻。
[0008]其中，所述？?以电路模块采用芯片￡93325(^484(:相及其外围的复位电路、加载电路、[￡0状态指示电路和串行芯片电路实现数字信号的接收、累加、存储和传输控制。
[0009]其中，所述芯片￡9332505484(:相加载有小电容。
[0010]其中，所述采集卡配置有对应的信号控制和处理的？？以软件模块，其至少包括八IX:配置模块和八IX:接口模块，其中，所述八IX:配置模块用于对对所选八IX:芯片进行寄存器配置，所述八IX:接口模块模块设计采用两路深度为8、宽度为1仙1匕的？1？0，且读写速率为125册12，使一路2501的数据转变为两路1251的数据，用于实现对虹)(:输出的0081^03电平数据的转换。
[0011]本发明的有益效果是:
本发明采用一种基于？?以采集卡的光纤测温系统，采集卡基于采样频率为高速250册12的？？以电路实现，使013的空间分辨率显著提高，使013测量得到的温度与实际温度相符。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
[0013]图1是本发明所述光纤测温系统的整体结构示意图；
图2是本发明所述采集卡的结构示意图；
图3是本发明所述八IX:模块的电路图；
图4是本发明所述？？以电路模块的硬件电路连接示意图；
图5是本发明述？？以电路模块的电路示意图；
图6是本发明所述八IX:接口模块的时序处理方式示意图。
【具体实施方式】
[0014]参照图1所示，光纤测温系统(013)包括电源及连接电源的电源板，所述电源板连接激光器、采集卡和嵌入式仙1板，电源板可分别提供不同电压的电源至激光器、采集卡和嵌入式八應板，所述采集卡连接光电转换模块(八?0),其它具体的连接参照图1中具体所示。
[0015]参照图2所示，为了提高013的空间分辨率，本发明采用基于？?以的采集卡，包括由所述光电转换模块输入采集卡的两路信号分别连接的差分放大器，所述差分放大器分别连接采样频率为250册12的虹)(:模块，所述两个虹)(:模块共同连接？？以电路模块，且所述两个八0(:模块和？？以电路模块与时钟频率为250腿2的时钟模块连接。
[0016]其中，作为013的信号采集模块，采集卡的主要功能是将八?0输出的模拟信号进行放大滤波处理，并通过八IX:芯片进行模数转换，完成数据信号的采集。本发明基于？？以利用761*110^01实现数据的基本处理(累加降噪),并控制串口或者网口实现数据上传。
[0017]本发明将采集卡的采样频率提高到250册12，八IX:模块选用1仙1丨，可达25013？3采样频率的八IX:芯片虹的滤波器，以相应加大电容和电感来减小模拟带宽4034149采用电平的时钟输入配置；为了保证了高速信号传输的信号完整性，设计八034149输出电平为1^03，对应的，设计中选用的？？以芯片，在1^03电平的1/0端配置了差分匹配电阻。其中，所述八IX:模块的电路图参照图3所示。
[0018]本发明信号控制和处理的核心为？?以电路模块，其使用八“6以公司的芯片2？38250？48404^及其外围的复位电路、加载电路、[￡0状态指示电路和串行行狀卜芯片电路一起实现数字信号的接收、累加、存储、传输控制等基本功能，该芯片可以满足存储13公里的温度数据，满足2501取的时序。其硬件电路连接示意图如图4所示。
[0019]为了保证？？以加载电路的稳定性，在加载电路中使用小电容，避免加载过程中的干扰导致加载失败的问题出现，使加载更加稳定，其电路参照图5所示。
[0020]为了实现本发明所述采集卡，所述采集卡还需要配置有对应的信号控制和处理的软件模块，其包括有纟IX:配置模块、^00接口模块、数据合并模块、命令解析模块、累加控制模块、两级缓存的读写控制模块、第二级缓冲地址产生模块和发送控制模块等。其中，^00配置模块和八0(:接口模块是本发明的新增模块，其他模块参考1001取采集卡的？？以软件，调整采样时钟模块的频率为250腿2，以完成对应的功能。八IX:配置模块通过3？1方式，对所选八IX:芯片进行寄存器配置，以控制八IX:模块实现高速准确采样。八IX:接口模块实现八IX:输出的001？ ^08电平数据的转换，其设计采用两路深度为8、宽度为1仙1匕的？1？0，且读写速率为125册I，使从一路2501的数据转变为两路1251的数据，以满足？？以内部时序，减少时序压力，时序处理方式参照图6所示。
[0021]另外，为了保证信号时序，在采集卡布局布线时，八IX:与？？以接口间的走线尽量短，并且各差分对的长度尽量保持等长；为尽量减少高频数字信号对模拟信号的干扰，模拟和数字地平面分割线靠近八IX:芯片数字引脚端，使数字地尽量远离模拟电路，供电端的去耦电容尽量接近八IX:的管脚。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于FPGA采集卡的光纤测温系统，包括电源及连接电源的电源板，所述电源板连接激光器、采集卡和嵌入式ARM板，所述采集卡连接光电转换模块，其特征在于，所述采集卡包括与所述光电转换模块输入采集卡的两路信号分别连接的差分放大器，所述差分放大器分别连接采样频率为250MHz的ADC模块，所述两个ADC模块共同连接FPGA电路模块，且所述两个ADC模块和FPGA电路模块与时钟频率为250MHz的时钟模块连接。
2.根据权利要求1所述的光纤测温系统，其特征在于，所述ADC模块选用14bit、可达250MSPS采样频率的ADC芯片ADS4149，且其输入端口连接带宽为250MHz的滤波器。
3.根据权利要求2所述的光纤测温系统，其特征在于，所述时钟模块以PECL电平作为芯片ADS4149的时钟输入配置，且芯片ADS4149的输出电平为DDR LVDS，对应的，在所述FPGA电路模块配置有与LVDS电平的I/O端相应的差分匹配电阻。
4.根据权利要求3所述的光纤测温系统，其特征在于，所述FPGA电路模块采用芯片EP3SE50F484C4N及其外围的复位电路、加载电路、LED状态指示电路和串行flash芯片电路实现数字信号的接收、累加、存储和传输控制。
5.根据权利要求4所述的光纤测温系统，其特征在于，所述芯片EP3SE50F484C4N加载有小电容。
6.根据权利要求3所述的光纤测温系统，其特征在于，所述采集卡配置有对应的信号控制和处理的FPGA软件模块，其至少包括ADC配置模块和ADC接口模块，其中，所述ADC配置模块用于对对所选ADC芯片进行寄存器配置，所述ADC接口模块模块设计采用两路深度为8、宽度为14bits的FIFO，且读写速率为125MHz，使一路250M的数据转变为两路125M的数据，用于实现对ADC输出的DDRLVDS电平数据的转换。
【文档编号】G01K11/32GK104501995SQ201410713421
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】葛翠艳, 陈必茂, 杨术彬 申请人:珠海拓普智能电气股份有限公司