專利名稱：一種布里淵散射譜實時頻譜分析裝置及其數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高速數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，涉及光纖傳感技術(shù)，是一種基于布里淵散射效應(yīng)的光時域反射計(BOTDR)的布里淵散射譜實時頻譜分析裝置及其數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術(shù)：
布里淵散射是光在光纖中傳輸過程中發(fā)生的一種非線性效應(yīng)。布里淵散射是由光 子與聲子的相互作用產(chǎn)生的，其結(jié)果是散射光相對于入射光產(chǎn)生頻移，頻移的大小與材料 的聲速成正比，而聲速與光纖應(yīng)變或溫度相關(guān)，典型的頻移量約為幾十吉赫茲。由于它的存 在使光信號產(chǎn)生傳輸損耗，這對信號傳輸而言是不利的，但可以利用這種效應(yīng)對光纖應(yīng)變 或溫度的變化進行傳感測量。利用這種原理可以制成基于布里淵散射效應(yīng)的光時域反射 計，用來測量光纖沿線的應(yīng)變或溫度分布。目前對于BOTDR數(shù)據(jù)處理方法主要有兩種掃頻的方式和基于FFT的時頻轉(zhuǎn)換方 式。1、掃頻的方法。這種方法在 K. Shimizu，T. Horiguchi，Y. Koyamada and Τ· Kurashima,《Coherent self-heterodyne Brillouin OTDR for measurement of Brillouin frequency shiftdistribution in optical fibers)), Journal of Lightwave Technology, Vol. 12，No. 5，pp. 730-736，1994等文獻中有詳細(xì)描述。由于布里淵散射譜具 有較大的半峰全寬(普通單模光纖的布里淵散射譜半峰全寬為幾十MHZ)，這種方法按照一 定的頻率間隔，依次獲得布里淵散射半峰全寬譜中各頻率點對應(yīng)的功率，再通過洛侖茲曲 線擬合，得到整個傳感光纖上的布里淵頻移曲線。此外，由于布里淵散射信號十分微弱，所 以需要通過對信號多次采樣平均，以從噪聲背景中恢復(fù)出布里淵散射信號。縮小掃頻間隔 和增加采樣次數(shù)都能提高測量精度。但探測距離越長、掃頻范圍越寬、掃頻間隔越小，所需 的時間就越長。為此，基于頻率掃描方法的BOTDR技術(shù)單次測量時間通常都在幾分鐘以上， 難以對光纖狀態(tài)進行快速傳感測量。以IOOkm長光纖、216次累加平均的測量為例，即使不 考慮數(shù)據(jù)處理的時間，單個頻點的測量時間約為65秒。由于布里淵頻帶的典型寬度為35 100MHz，取掃頻步進為1MHz，則總測量時間約為2小時。此外，這種測量方法需要假定頻譜 的形狀在整個測量時間中保持不變。實際上，由于對每一個頻點的有效測量時間只占整個 測量時間的1/100，在剩余的99/100的死區(qū)時間內(nèi)往往會漏掉許多瞬變的信號，無法捕捉 瞬變的頻譜變化，因此，這種方法不具備實時性。一些改進的方案中使用高速數(shù)據(jù)采集卡實 時采集布里淵信號的時域數(shù)據(jù)，但仍需要上傳到計算機后進行數(shù)據(jù)處理，才能獲得布里淵 的頻譜信息。2、基于FFT的時頻變換方式。在路元剛、張旭蘋、竇蓉蓉、王峰《基于快速傅立葉 變換的布里淵光時域反射測量方法》(專利號200710133453. 1)中對這種方法進行了詳細(xì) 的闡述。這種方法的光路部分與掃頻的方法沒有太大的區(qū)別，仍然是把高頻的布里淵散射 譜的中心頻率調(diào)整至低頻，再進行數(shù)據(jù)的采集和處理的，采樣頻率f高于2倍寬帶低通濾波 器的帶寬。不同的是時域采樣信號被多次累加平均后，從頭至尾被分成時長為W的若干個單元，每個單元有WX f個采樣點，對每個單元都進行快速傅立葉變換后，將所得的布里淵 散射譜進行洛倫茲擬合，得到各單元上的布里淵散射譜峰值對應(yīng)的頻率，根據(jù)前述對布里 淵散射譜電信號中心頻率的調(diào)整進行恢復(fù)，即得到整個光纖上每個單元的布里淵頻移。這 種方法可以大大減小數(shù)據(jù)處理的時間，但是這種方法仍然很依賴上位機(即計算機)的運 算能力，具體操作時是把采集到的數(shù)據(jù)先完整地保存在上位機中，全部采集完成后，再進行 FFT運算，如此操作仍然需要較長的測試時間，無法實時的分析數(shù)據(jù)，給出布里淵頻譜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是目前對于BOTDR數(shù)據(jù)處理方法耗時長，不具備實時性，依 賴上位機的處理能力進行數(shù)據(jù)分析處理，不能實時給出布里淵頻譜，需要一種能夠快速、實 時的測繪BOTDR頻譜圖的實時頻譜分析裝置以及其數(shù)據(jù)處理方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種布里淵散射譜實時頻譜分析裝置，頻譜分析裝置的輸 入端連接布里淵光時域反射計的輸出，所述布里淵光時域反射計輸出經(jīng)過下移頻的布里淵 散射譜信號，頻譜分析裝置包括低通濾波器、低噪聲放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場可編程邏輯 陣列FPGA、數(shù)字信號處理器DSP和至少三個存儲器；其中布里淵散射譜信號輸入低通濾波 器的輸入端口，低通濾波器的輸出端口連接低噪聲放大器的輸入端，低噪聲放大器的輸出 接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出連接FPGA的輸入端，所有存儲器和DSP均與 FPGA雙向連接，且所有存儲器與FPGA的連接為乒乓結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA設(shè)有輸出端口，輸出布里淵 頻譜信號。低通濾波器的截止頻率為經(jīng)過下移頻后的布里淵散射譜信號中心頻率的2倍，模 數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率至少大于經(jīng)過下移頻后的布里淵散射譜中心頻率的2倍。低通濾波器濾 除信號高頻分量，僅留下待測的布里淵散射譜；模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率保證空間分辨率，以恢 復(fù)出布里淵散射信號。進一步的，F(xiàn)PGA的輸出端口連接上位機。用于完成對布里淵頻譜的進一步處理。上述實時頻譜分析裝置的數(shù)據(jù)處理方法，基于快速傅立葉變換FFT方式，現(xiàn)場可 編程邏輯陣列FPGA協(xié)調(diào)各個總線接口并控制數(shù)據(jù)讀寫；存儲器與FPGA的連接為乒乓結(jié)構(gòu)， 所有存儲器同時工作，執(zhí)行不同的工作，所有存儲器初始均為空閑狀態(tài)FPGA先控制第一存儲器的地址和數(shù)據(jù)總線，把模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集到的時域信號數(shù)據(jù) 存入第一存儲器，設(shè)FFT的窗口大小定為N個點，則按順序把N個點存入第一存儲器；完成 N個點在第一存儲器的存儲后，F(xiàn)PGA釋放第一存儲器的地址和數(shù)據(jù)總線控制權(quán)，取得第二 存儲器的地址數(shù)據(jù)總線控制權(quán)，把后面繼續(xù)采集到的N個數(shù)據(jù)存入第二存儲器，同時DSP取 得第一存儲器的控制權(quán)，對其中的時域數(shù)據(jù)進行FFT變換，得到的頻域數(shù)據(jù)仍然存入第一 存儲器；第二存儲器完成N個點的存儲，并且第一存儲器完成本身N個點的FFT變換后， FPGA釋放第二存儲器的控制權(quán)，取得第三存儲器的控制權(quán)，把下面繼續(xù)采集到的N個點存 入第三存儲器，同時DSP取得第二存儲器的控制權(quán)，對其中的時域數(shù)據(jù)進行FFT變換，得到 的頻域信號仍然存入第二存儲器，在這個過程中FPGA同時控制第一存儲器，把第一存儲器 中的頻域數(shù)據(jù)向上位機輸出；第三存儲器完成存儲，并且第二存儲器完成本身N個點的FFT變換，第一存儲器完成頻域數(shù)據(jù)的輸出后，第一存儲器回到空閑狀態(tài)，F(xiàn)PGA釋放第三存儲器的控制權(quán)，取得下一 空閑的存儲器的控制權(quán)，把下面繼續(xù)采集到的N個點存入下一空閑的存儲器，DSP取得第三 存儲器的控制權(quán)，對其中的時域數(shù)據(jù)進行FFT變換，同時FPGA控制第二存儲器把其中的頻 域數(shù)據(jù)向上位機輸出；這樣各存儲器形成流水線工作，同時各自獨立，兩兩之間互不干擾， 每個存儲器都按存儲時域數(shù)據(jù)一FFT處理一輸出頻域數(shù)據(jù)的工作過程循環(huán)工作，在FPFA的 控制下數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出連續(xù)進行，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集的數(shù)據(jù)及時進行FFT 變換，并且實時輸出處理完成的頻譜數(shù)據(jù)到上位機的功能。多次重復(fù)進行單次測量后，利用上位機對每次從存儲器獲得的頻譜數(shù)據(jù)進行頻譜 拼接和顯示工作，得到處理后的布里淵光時域頻譜信息。
本發(fā)明實時頻譜分析裝置及其數(shù)據(jù)處理方法是一種能夠快速的、實時的測繪 BOTDR頻譜圖的高速數(shù)據(jù)處理裝置以及其數(shù)據(jù)處理方法。與傳統(tǒng)方法相比較，可以大大減 少測繪所需要的時間，實時給出待測光纖的布里淵頻譜，以捕獲應(yīng)變或溫度的動態(tài)變化信 息1)、本發(fā)明可以大大提高信號處理的時間效率，實時地繪制出布里淵頻譜，以捕獲 變化中的動態(tài)應(yīng)變或溫度信息。原來的BOTDR處理數(shù)據(jù)方法是用上位機存儲模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集到的時域數(shù)據(jù)，得到 完整的時域信號后，再由上位機對時域數(shù)據(jù)加窗分段，假定為N個數(shù)據(jù)點分為一段，逐段進 行FFT變換，最后把每段FFT后得到頻譜拼接得到完整的頻譜。這樣才進行完成一次完整 的操作，可以開始下一次采集。一次操作所需要的時間=采集(并保存)時間+分段并逐 段進行FFT的時間，其中分段并進行FFT的時間即為死區(qū)時間，這段時間內(nèi)，BOTDR需要等 待上位機完成處理，然后才能開始下一次探測。本發(fā)明方法是在采集過程中，每采集到N個點，假設(shè)N個數(shù)據(jù)點分為一段，就進行 FFT變換，與此同時采集后續(xù)數(shù)據(jù)點的工作并沒有停止，也就是說采集、加窗分段進行FFT、 輸出FFT后的頻譜數(shù)據(jù)三個操作在同時并行完成。一次操作所需要的時間=采集數(shù)據(jù)的時 間。沒有死區(qū)時間的存在，即BOTDR完成一次探測后可以立即開始下一次探測。2)、本發(fā)明數(shù)據(jù)采集和處理部分都采用硬件結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，不需要高速的上位機進 行數(shù)據(jù)運算處理，上位機僅起到頻譜拼接和顯示的作用。如果有需要，可以利用嵌入式系統(tǒng) 來代替上位機，完成頻譜拼接和顯示的工作，很方便的把整個系統(tǒng)制作成便攜儀器。


圖1為本發(fā)明應(yīng)用在BOTDR的整體系統(tǒng)框圖。圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，BOTDR系統(tǒng)中窄帶連續(xù)波激光器1發(fā)出的連續(xù)光經(jīng)95:5耦合器2分 為兩路，探測光路和本地參考光路。探測光路中，探測光經(jīng)過電光調(diào)制器3被調(diào)制成探測脈 沖光后，經(jīng)環(huán)行器4注入到傳感光纖5中，探測脈沖光在傳感光纖5中產(chǎn)生后向自發(fā)布里淵 散射光(包含斯托克斯與反斯托克斯光)和瑞利散射光，得到背向散射光，這個背向散射光 即為需要檢測的信號光。信號光通過環(huán)形器4，進入50:50耦合器10與參考光相干；本地參考光路中，95:5耦合器2分出的另一路連續(xù)光經(jīng)偏振控制器6，進入電光調(diào)制器7調(diào)制， 調(diào)制電信號由微波源8給出，約為10. SGHz0調(diào)制后的光信號與斯托克斯布里淵散射光頻率 相距約數(shù)百兆赫茲，經(jīng)過擾偏器9作為本地參考光與探測光路反射回來的斯托克斯布里淵 散射光相干。相干后，原信號光中的布里淵散射譜的中心頻率下移至低頻處，這樣頻率的信 號，再經(jīng)過光電傳感器11轉(zhuǎn)換為電信號后，可以被模數(shù)轉(zhuǎn)換器直接捕捉到，被送入數(shù)據(jù)采 集和實時處理電路12進行處理。數(shù)據(jù)采集和實時處理電路12也就是本發(fā)明的實時頻譜分析裝置，在數(shù)據(jù)采集和 實時處理電路中，光電傳感器11轉(zhuǎn)換后得到的電信號首先經(jīng)過低通濾波器13，該低通濾波 器的截止頻率為下移頻后的布里淵散射譜中心頻率的2倍，目的是濾除信號高頻分量，僅 留下待測的布里淵散射譜。這個信號再通過低噪聲放大器14后，進入高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器15， 根據(jù)香農(nóng)采樣定律，模數(shù)轉(zhuǎn)換器15的采樣率應(yīng)至少大于下移頻后的布里淵散射譜中心頻 率的2倍，目前的市場上可提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率水平可以高達吉赫茲，而經(jīng)過下移 頻的信號僅為數(shù)百兆赫茲，可以滿足要求，甚至可以選取高采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器來增加待 測光纖單位長度上的采樣點數(shù)，信號光的時間軸代表了待測光纖的長度信息，用過采樣的 方式來增加空間分辨率，可以達到與掃頻法相同的空間分辨率。采樣量化后的數(shù)據(jù)送入實時信號處理模塊，該模塊包括現(xiàn)場可編程邏輯陣列 FPGA16、數(shù)字信號處理器DSP20和至少三個存儲器，該模塊中使用FPGA16協(xié)調(diào)各個總線接 口并控制數(shù)據(jù)讀寫。這里使用乒乓結(jié)構(gòu)，以三個存儲器為例FPGA16先控制第一存儲器17 的地址和數(shù)據(jù)總線，把采集到的時域信號數(shù)據(jù)存入第一存儲器17，如果FFT的窗口大小定 為256個點，那么按順序把采集的第一輪256個點存入第一存儲器17 ；完成256個點的存 儲后，F(xiàn)PGA16釋放第一存儲器17的地址和數(shù)據(jù)總線控制權(quán)，取得第二存儲器18的地址數(shù) 據(jù)總線控制權(quán)，把后面采集到的第二輪256個數(shù)據(jù)存入第二存儲器18，同時DSP20取得第一 存儲器17的控制權(quán)，對其中的時域數(shù)據(jù)進行FFT變換，得到的頻域數(shù)據(jù)仍然存入第一存儲 器17 ；完成第二輪256個點的采集、存儲，并完成第一輪256個點的FFT變換后，F(xiàn)PGA16釋 放第二存儲器18的控制權(quán)，取得第三存儲器19的控制權(quán)，把采集的第三輪256個點存入第 三存儲器19，同時DSP20取得第二存儲器18的控制權(quán)，對其中存儲的第二輪時域數(shù)據(jù)進行 FFT變換，得到的頻域信號仍然存入第二存儲器18，在這個過程中FPGA16同時控制第一存 儲器17，把其中已經(jīng)處理好的頻域數(shù)據(jù)向上位機21輸出。第三存儲器19完成存儲，并且第 二存儲器18完成第二輪256個點的FFT變換，第一存儲器17完成頻域數(shù)據(jù)的輸出后，第一 存儲器17回到空閑狀態(tài)，F(xiàn)PGA16釋放第三存儲器19的控制權(quán)，重新取得第一存儲器17的 控制權(quán)，把下面繼續(xù)采集到的256個點存入第一存儲器17，DSP20取得第三存儲器19的控 制權(quán)，對其中的時域數(shù)據(jù)進行FFT變換，同時FPGA16控制第二存儲器18把其中的頻域數(shù)據(jù) 進行輸出；這樣各存儲器形成流水線工作，同時各自獨立，兩兩之間互不干擾，每個存儲器 都按存儲時域數(shù)據(jù)一FFT處理一輸出頻域數(shù)據(jù)的工作過程循環(huán)工作，在FPFA16的控制下數(shù) 據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出連續(xù)進行，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集的數(shù)據(jù)及時進行FFT變換，并 且實時輸出處理完成的頻譜數(shù)據(jù)。三個以上的存儲器還是以同樣的方式工作，可以提高性能，F(xiàn)PGA16依次控制存儲器存儲數(shù)據(jù)、進行FFT變換、輸出數(shù)據(jù)，所有存儲器循環(huán)工作，數(shù)據(jù)不間斷采集、存儲、處理、 輸出，形成流水線工作，并且存儲器之間由乒乓結(jié)構(gòu)實現(xiàn)循環(huán)，最少三個存儲器就可滿足實時處理數(shù)據(jù)的需求，保證每當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采到數(shù)據(jù)，都能夠及時進行FFT變換，并且實時輸 出處理完成的頻譜數(shù)據(jù)到上位機21。本發(fā)明不僅可以實現(xiàn)布里淵頻譜的實時處理，還能實現(xiàn)儀器的便攜化，不再依賴 上位機的處理性能，通常高性能的上位機體積比較大，不便于攜帶，本發(fā)明的各部分可以 很容易集成為一臺便攜儀器，同時保持高性能數(shù)據(jù)處理，目前DSP的流水線技術(shù)已相當(dāng)成 熟，采用全并行結(jié)構(gòu)FFT的DSP技術(shù)就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與信號實時處理，以采用TI公司 TMS320C64x系列DSP器件為例，它有8條并行指令主頻達到800MHz，理論上最都可以同時 處理8條指令，并且提供專門為FFT變換優(yōu)化的乘加指令。若每個光纖單元做FFT的點數(shù) 為256個，則 在 下一輪256個點采集完畢之前就可以完成這256個點FFT的功能，并完成存 儲。也就是說，對于1個脈沖光產(chǎn)生的布里淵散射信號，基于本發(fā)明的處理方法，可以實時 地給出其布里淵頻譜，并能提供更高的空間分辨率。如果使用原先BOTDR的先存儲后進行運算的方法，假設(shè)對時域數(shù)據(jù)的加窗分段 時，每200個點分為一段，再加上56個補零點，那么FFT的點數(shù)為256個，完成這256個點 FFT的功能需要88ns。以50km傳感光纖為例，在光纖中光速約為2*108m/s，在光纖中傳播 并且返回的所需要的時間為500us，即探測周期為500us，基于FFT的數(shù)據(jù)處理方法在處理 的時間是522. 3ms。所以完成單次的探測需要的時間為500us+522. 3ms，其中522. 3ms是 BOTDR探測器等待上位機處理數(shù)據(jù)的時間，無法進行探測，為死區(qū)時間。在同樣的條件下(50km傳感長度、200個數(shù)據(jù)點補零56個點進行FFT)，若使用本 發(fā)明裝置和方法來進行實時的頻譜分析處理，那么就不需要額外進行FFT數(shù)據(jù)處理的時 間，可以實時的輸出頻譜數(shù)據(jù)，完成單次探測的時間即為500us?？梢钥吹绞褂帽景l(fā)明可以 大大減小死區(qū)時間。
權(quán)利要求
一種布里淵散射譜的實時頻譜分析裝置，其特征是頻譜分析裝置的輸入端連接布里淵光時域反射計的輸出，所述布里淵光時域反射計輸出經(jīng)過下移頻的布里淵散射譜信號，頻譜分析裝置包括低通濾波器(13)、低噪聲放大器(14)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(15)、現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA(16)、數(shù)字信號處理器DSP(20)和至少三個存儲器；其中布里淵散射譜信號輸入低通濾波器(13)的輸入端口，低通濾波器(13)的輸出端口連接低噪聲放大器(14)的輸入端，低噪聲放大器(14)的輸出接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(15)的輸入端，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(15)的輸出連接FPGA(16)的輸入端，所有存儲器和DSP(20)均與FPGA(16)雙向連接，且所有存儲器與FPGA(16)的連接為乒乓結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA(16)設(shè)有輸出端口，輸出布里淵頻譜信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種布里淵散射譜實時頻譜分析裝置，其特征是低通濾波器 (13)的截止頻率為經(jīng)過下移頻后的布里淵散射譜信號中心頻率的2倍，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(15)的 采樣率至少大于經(jīng)過下移頻后的布里淵散射譜中心頻率的2倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種布里淵散射譜實時頻譜分析裝置，其特征是 FPGA(16)的輸出端口連接上位機(21)。
4.權(quán)利要求1-3任一項所述的布里淵散射譜實時頻譜分析裝置的數(shù)據(jù)處理方法，其特 征是基于快速傅立葉變換FFT方式，現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA (16)協(xié)調(diào)各個總線接口并控 制數(shù)據(jù)讀寫；存儲器與FPGA(16)的連接為乒乓結(jié)構(gòu)，所有存儲器同時工作，執(zhí)行不同的工 作，所有存儲器初始均為空閑狀態(tài)FPGA(IB)先控制第一存儲器(17)的地址和數(shù)據(jù)總線，把模數(shù)轉(zhuǎn)換器(15)采集到的時 域信號數(shù)據(jù)存入第一存儲器(17)，設(shè)FFT的窗口大小定為N個點，則按順序把N個點存入第 一存儲器(17)；完成N個點在第一存儲器(17)的存儲后，F(xiàn)PGA (16)釋放第一存儲器(17) 的地址和數(shù)據(jù)總線控制權(quán)，取得第二存儲器(18)的地址數(shù)據(jù)總線控制權(quán)，把后面繼續(xù)采集 到的N個數(shù)據(jù)存入第二存儲器(18)，同時DSP(20)取得第一存儲器(17)的控制權(quán)，對其中 的時域數(shù)據(jù)進行FFT變換，得到的頻域數(shù)據(jù)仍然存入第一存儲器(17)；第二存儲器(18)完成N個點的存儲，并且第一存儲器(17)完成本身N個點的FFT變 換后，F(xiàn)PGA(16)釋放第二存儲器(18)的控制權(quán)，取得第三存儲器(19)的控制權(quán)，把下面繼 續(xù)采集到的N個點存入第三存儲器(19)，同時DSP(20)取得第二存儲器(18)的控制權(quán)，對 其中的時域數(shù)據(jù)進行FFT變換，得到的頻域信號仍然存入第二存儲器(18)，在這個過程中 FPGA(IB)同時控制第一存儲器(17)，把第一存儲器(17)中的頻域數(shù)據(jù)進行輸出；第三存儲器(19)完成存儲，并且第二存儲器(18)完成本身N個點的FFT變換，第一存 儲器(17)完成頻域數(shù)據(jù)的輸出后，第一存儲器(17)回到空閑狀態(tài)，F(xiàn)PGA(16)釋放第三存儲 器(19)的控制權(quán)，取得下一空閑的存儲器的控制權(quán)，把下面繼續(xù)采集到的N個點存入下一 空閑的存儲器，DSP(20)取得第三存儲器(19)的控制權(quán)，對其中的時域數(shù)據(jù)進行FFT變換， 同時FPGA(16)控制第二存儲器(18)把其中的頻域數(shù)據(jù)進行輸出；這樣各存儲器形成流水 線工作，同時各自獨立，兩兩之間互不干擾，每個存儲器都按存儲時域數(shù)據(jù)一FFT處理一輸 出頻域數(shù)據(jù)的工作過程循環(huán)工作，在FPFA(16)的控制下數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出連 續(xù)進行，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集的數(shù)據(jù)及時進行FFT變換，并且實時輸出處理完成的頻譜數(shù) 據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的布里淵散射譜實時頻譜分析裝置的數(shù)據(jù)處理方法，其特征是 存儲器的頻域數(shù)據(jù)通過FPGA (16)輸出到上位機(21)，布里淵光時域反射計進行多次布里淵散射譜信號的探測，布里淵散射譜實時頻譜分析裝置對每次探測的信號分別進行數(shù)據(jù)處理，利用上位機(21)對每次從存儲器獲得的頻譜數(shù)據(jù)進行頻譜拼接和顯示工作，得到處理 后的布里淵光時域頻譜信息。
全文摘要
一種布里淵散射譜實時頻譜分析裝置及其數(shù)據(jù)處理方法，裝置包括低通濾波器、低噪聲放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FPGA、DSP和至少三個存儲器；其中低通濾波器的輸入端連接布里淵散射譜信號，低通濾波器、低噪聲放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FPGA依次連接，所有存儲器與FPGA的連接為乒乓結(jié)構(gòu)，各存儲器按存儲時域數(shù)據(jù)→進行FFT處理→輸出頻域數(shù)據(jù)的過程循環(huán)工作，在FPFA的控制下依次連續(xù)進行，實時輸出處理完成的頻譜數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供了一種快速、實時測繪BOTDR頻譜圖的高速數(shù)據(jù)處理裝置以及其數(shù)據(jù)處理方法，與傳統(tǒng)方法相比較，可以大大減少測繪所需要的時間，實時給出待測光纖的布里淵頻譜，以捕獲應(yīng)變或溫度的動態(tài)變化信息。
文檔編號G01D5/26GK101813497SQ20101015261
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者張旭蘋, 張益昕, 朱帆, 王順 申請人:南京大學(xué)