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        分布式光纖測溫系統原理和應用

        發表時間: 2019-05-15 13:39:40

        作者: 干式變壓器溫控器

        來源: 福州英諾科技

        福州英諾熒光光纖測溫儀價格聯系方式 

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        分布式光纖測溫系統應用

        光纖測溫系統可以應用在機房發射機上,可以對平時無法使用儀器檢測的關鍵設備點進行實施測量,掌握其工作狀態。這些關鍵設備含有大電流大電壓,并且諧波分量很大,傳統的弱電壓儀表會受到很大干擾,測量結果不準確。而分布式光纖測溫系統系統使用光信號,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。目前技術成熟,在市場上應用廣泛的是基于拉曼散射開發的產品。拉曼散射的本質就是光子和光纖分子的熱振動相互作用發生能量交換。當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部的分子發生碰撞,進而在這個分子處產生反射。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的關系,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??梢允褂霉獠ǚ謴陀闷鲗烧叻蛛x,被靈敏度很高的探測器APD探測到,再根據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,通過高速數據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圖


        控制電路設計在控制電路中,我們需要把光纖傳感器送來的信號進行光電轉換,變成電信號,然后對這些電信號進行模數轉換變成數字信號,最后送到單片機處理,供給工作人員實時監測。光電轉換部分可以使用光電轉換器,這部分設備放在控制室,遠離發射機,以減少高頻諧波信號對其的干擾。轉換成電信號后,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。由他來循環控制8路信號進入后面的模數轉換。這樣可以使用一個模數轉換芯片來進行8路模數轉換,節省了成本。經過CD4051后,信號進入模數轉換芯片MAX187,在這里進行模數轉換。MAX187芯片提供12位的轉換精度,輸入端要接入0-5伏電信號,輸出的數字信號傳遞給單片機,由單片機處理。當工作人員發現溫度過高時,可以快速采取措施,防止出現嚴重故障。



        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模數轉換,轉換后的數據通過P34端口輸送到單片機。MAX187的時序采用I2C總線協議,這個協議的優點是需要的端口資源較少,只要2個控制線即可,再有1個數據線,即3個端口就能正常工作。在單片機中,我們要設計晶振模塊,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頻率。復位信號使用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測。軟件編程在完成硬件設計后,就可以進行軟件編程。本系統的軟件編程主要實現以下幾方面功能:CD4051的控制,MAX187模數轉換的控制,有采樣保持量化編碼等,串口通訊,主程序數據處理。下面將對這些功能編寫代碼。MAX187的驅動程序編寫MAX187的驅動程序作為一個子函數,后面在主函數中調用該子函數。讓MAX187的片選信號為低電平,產生一個下降該設計能夠很好的解決大電壓大電流下信號被干擾的問題,防止傳統型傳感器因為高頻干擾失靈甚至被燒毀的現象。同時其測量是不間斷連續式,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測,使得工作人員可以更好的把握設備的各種狀態。


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