數字控制式直流升壓裝置及其應用制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及光纖傳感技術領域，具體地說是一種數字控制式直流升壓電源及其應用，其特征在于數字控制電路內設有ARM控制器、分別與ARM控制器相連接的A/D轉換器和D/A轉換器，A/D轉換器和D/A轉換器的另一端分別與電壓檢測電路輸出端和模擬PI電路的輸入端相連接，模擬PI電路的輸出端與直流升壓電路的輸入端相連接，直流升壓電路與APD模塊相連接，溫度檢測單元粘貼在APD模塊表面，其中輸出端與ARM控制器相連接，本實用新型專利技術與現有技術相比，具有以下優點：APD電壓溫度調節采用數字方式控制，增加了控制的靈活性和準確性；使用的器件較少，降低了保持APD增益穩定的成本。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于光纖傳感
，具體地說是一種特別適用于分布式光纖測溫系統中的，能夠保證Aro增益穩定，增加測溫的準確度的數字控制式直流升壓裝置及其應用。
技術介紹
20世紀80年代以來，光纖傳感技術在發達國家得到了迅速的發展，各種光纖傳感器以其獨特的優勢廣泛應用于工業、國防、航空航天、交通運輸等領域。從20世紀70年代末，我國開始從事這方面的研究，目前國內比較成熟的光纖傳感產品是分布式光纖測溫產品。分布式光纖測溫系統基于光纖后向拉曼散射技術，如何獲取后向拉曼的斯托克斯光和反斯托克斯光信號是該系統的關鍵。由于斯托克斯光和反斯托克斯光信號很微弱，目前使用的方法就是通過APD (雪崩光電二極管)將光信號轉換為電信號，然后通過運算放大經采集卡完成數據采集上傳。光電信號的轉換主要依靠APD的光電雪崩效應將光信號轉換為電信號，AH)產生光電雪崩的條件為一、施加一定電壓(25°C大約在200V) ;二、有一定數量的光子打入。數字控制式直流升壓電源為APD提供一個穩定的高電壓。光電轉換電路中從APD輸出的信號很微弱，大約在IuA左右，為了盡可能小的引入噪聲，直流升壓電源的高壓輸出波動越小越好。同時為了降低光電轉換輸出信號的波動，APD增益必須保持穩定，APD增益與其所處環境溫度、所加電壓有關，為了保證APD增益穩定，需要根據APD所處環境溫度來調節APD所加電壓。目前解決這個問題的主要方法是保證APD所處環境溫度穩定，給APD施加固定電壓，其方法為將APD制作成蝶形封裝，將溫度控制器件與APD集成于一體。采用這種方式雖然可以保證APD溫度穩定，只要保證APD所加電壓穩定就可以保證APD增益穩定，但是采用這種方式需要增加大量的溫控外圍電路，而且增加了 APD的加工工藝，APD價格也大幅增加。
技術實現思路
本技術針對現有保持Aro增益穩定方法的不足，提出了一種結構合理、工作可靠，可以使用數字方法實現對電壓輸出的閉環控制，APD增益穩定性好的數字控制式直流升壓裝置及其應用。本技術可以通過以下措施達到—種數字控制式直流升壓裝置，包括數字控制電路、Aro模塊、溫度檢測單元、直流升壓電路、模擬PI電路以及電壓檢測電路，其特征在于數字控制電路內設有ARM控制器、分別與ARM控制器相連接的A/D轉換器和D/A轉換器，A/D轉換器和D/A轉換器的另一端分別與電壓檢測電路輸出端和模擬PI電路的輸入端相連接，模擬PI電路的輸出端與直流升壓電路的輸入端相連接，直流升壓電路與APD模塊相連接，溫度檢測單元粘貼在APD表面，其輸出端與ARM控制器相連接。本技術中所述直流升壓電路設有脈沖發生器U1，儲能電感LI，儲能電容⑶I和MOSFET管Tl，其中脈沖發生器Ul的脈沖輸出端與MOSFET管Tl相連接，MOSFET管的另外兩個管腳分別與儲能電感LI、儲能電容CDl相連接，儲能電感LI與儲能電容CDl之間設有二極管Dl,在使用時,模擬PI向脈沖發生器Ul內輸入一個高于2. 5V的電壓信號,脈沖發生器Ul脈沖輸出被使能，向MOSFET管Tl發出固定頻率，固定占空比的脈沖信號(如頻率IOOkHz,占空比95%)，當脈沖信號處于高電平時，MOSFET管Tl處于導通狀態，儲能電感LI處于充電狀態，儲能電感LI將儲存一定的電能，當脈沖信號處于低電平時，MOSFET管Tl處于截止狀態，儲能電感LI處于放電狀態，儲能電感LI通過二極管Dl釋放電能給儲能電容CDl，儲能電容CDl獲得電能，電位升高，一個脈沖周期儲能電容CDl兩端的電位上升的電壓達不到設定值，可以通過多個脈沖周期逐漸將儲能電容CDl電位升到設定的值，儲能電容CDl兩端的電位升到設定值,模擬PI電路輸出一個低于2. 5V的電壓信號,脈沖發生器Ul經電壓檢測電路檢測到脈沖輸出使能引腳的電平低于2. 5V，停止脈沖輸出，保持輸出低電平。本技術中的模擬PI電路中設有三只運算放大器，數字控制電路輸出控制信號送給運算放大器U1，用于實現電壓跟隨的運算放大器Ul輸出的信號按強度I比I的送給運算放大器U2的反相輸入端，運算放大器U2將電壓檢測電路輸出與運算放大器Ul輸出的差值進行一定比例的放大運算后，輸出送給運算放大器U3的反相輸入端，運算放大器U3將2. 5V電壓與運算放大器U2輸出的差值進行積分放大運算后的輸出作為模擬PI電路的最終輸出。本技術在使用時，溫度檢測單元粘貼在APD表面測量APD的溫度，ARM控制器實時讀取溫度檢測單元的溫度值，ARM控制器核對該溫度值下APD需要加的電壓，該控制電壓信號通過D/A轉換器發給模擬PI電路，模擬PI電路將檢測的輸出電壓信號與控制電壓信號進行比例積分運算，快速的調節直流升壓電路的電壓輸出，電壓檢測電路將檢測的高壓信息發給模擬PI電路和A/D轉換器，ARM控制器通過讀取A/D的數據確認ATO所加電壓是否正確。一種分布式光纖測溫裝置，包括激光發生器、與激光發生器的輸出端相連接并將激光脈沖輸入傳感光纖的波分復用器、傳感光纖、與波分復用器相連接的光電轉換電路、與光電轉換電路的輸出端相連接的信號放大電路、與信號放大電路輸出端相連接的數據采集上傳電路、與數據采集上傳電路相連接的溫度解調器，其特征在于所述光電轉換電路的APD電壓由上述數字控制式直流升壓裝置提供。本技術中所述的分布式光纖測溫裝置，其中激光發生器為整個裝置提供脈沖激光束，脈沖激光束經波分復用器打進傳感光纖，激光在光纖中產生后向拉曼散射，后向拉曼信號里攜帶著溫度信息；波分復用器的作用是將脈沖激光束、瑞利光、斯托克斯光和反斯托克斯光分離開，脈沖激光打進傳感光纖后，激光在光纖中會產生拉曼散射和瑞利散射，瑞利散射光的中心波長與打入激光中心波長一樣，拉曼散射生成波長變長的斯托克斯光和波長變短的反斯托克斯光，波分復用裝置將返回的瑞利光濾除，將斯托克斯光和反斯托克斯光分開為兩路輸出；光電轉換電路作用是將光信號轉換成電信號，從波分復用器返回的斯托克斯光和反斯托克斯光信號是不能直接進行檢測的，需要將其轉換為電信號之后才可以測量，光電轉換電路通過兩只Aro將光信號轉換為電信號；信號放大處理電路的作用是保證足夠帶寬的前提下將電信號進行放大處理，APD將光信號轉換成電信號但是信號強度十分微弱，僅為uA量級的電流信號，信號放大處理電路分為三級放大，第一級將電流信號轉換成電壓信號，第二級為正向放大，第三級為反向放大，數據采集上傳電路的作用是將斯托克斯和反斯托克斯信號進行模數轉換，然后完成一定次數的累加之后將數據上傳給PC機系統，PC機系統只能對數字量進行計算處理，所以斯托克斯和反斯托克斯兩路模擬量必須經過數據采集電路轉換為數字量才能進行下一步的計算，由于斯托克斯和反斯托克斯信號參雜了大量的白噪聲，單次采集上傳的數據無法使用，通過一定次數的累加之后白噪聲得以抑制，數據采集上傳電路通過USB方式將累加之后的數據上傳至PC機系統；溫度解調裝置的作用是將上傳的斯托克斯和反斯托克斯數據通過相關的算法實現對上傳數據到溫度轉換，溫度解調裝置本身是一臺PC主機，其通過USB接口接受數據采集電路的數據，然后運行相應算法實現溫度解調。本技術提出了數字控制式直流升壓裝置及方法，方便可編程控制器直接控制，成本較低，性能穩定，為保本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數字控制式直流升壓裝置，包括數字控制電路、APD模塊、溫度檢測單元、直流升壓電路、模擬PI電路以及電壓檢測電路，其特征在于數字控制電路內設有ARM控制器、分別與ARM控制器相連接的A/D轉換器和D/A轉換器，A/D轉換器和D/A轉換器的另一端分別與電壓檢測電路輸出端和模擬PI電路的輸入端相連接，模擬PI電路的輸出端與直流升壓電路的輸入端相連接，直流升壓電路與APD模塊相連接，溫度檢測單元粘貼在APD表面，其輸出端與ARM控制器相連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張永臣，史振國，劉瑜，
申請(專利權)人：威海北洋電氣集團股份有限公司，
類型：實用新型
國別省市：