一種用于botdr傳感系統(tǒng)的脈沖光信號(hào)的產(chǎn)生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種信號(hào)產(chǎn)生方法，具體設(shè)及一種用于BOTDR傳感系統(tǒng)的脈沖光信號(hào) 的產(chǎn)生方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于BOTDR(布里淵光時(shí)域反射技術(shù)）的分布式光纖傳感系統(tǒng)憑借其抗電磁干擾 能力強(qiáng)、絕緣性能好、耐腐蝕、易于長(zhǎng)距離傳輸、便于組成智能化網(wǎng)絡(luò)、集信息傳感與傳輸于 一體W及能夠進(jìn)行連續(xù)分布式測(cè)量等顯著特點(diǎn)引起了廣泛的重視。在輸油管道、橋梁、隧道 W及海底光纜等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在BOTDR分布式光纖傳感技術(shù)中，首先需要解 決的問題便是根據(jù)實(shí)際傳感光纖的傳輸距離對(duì)連續(xù)激光進(jìn)行調(diào)制從而獲得脈寬及重復(fù)頻 率合適的脈沖光信號(hào)作為激勵(lì)光在傳感光纖中傳輸。因此，如何獲取用于BOTDR分布式光 纖傳感系統(tǒng)中的脈沖光成為該技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
[0003] 對(duì)于不同傳感距離的BOTDR光纖傳感系統(tǒng)，其要求使用的脈沖激勵(lì)光信號(hào)的脈寬 和重復(fù)頻率也不同。若脈沖激勵(lì)光的脈寬過寬，則會(huì)導(dǎo)致分布式光纖傳感系統(tǒng)的空間分 辨率和測(cè)量精度降低；而由于受聲子壽命的影響，當(dāng)注入光纖的單脈沖光信號(hào)的脈寬低于 IOns時(shí)將會(huì)明顯降低傳感系統(tǒng)的傳感距離。因此，根據(jù)實(shí)際分布式光纖傳感系統(tǒng)的傳感距 離設(shè)計(jì)合適的脈沖調(diào)制信號(hào)模塊尤為必要。
[0004] BOTDR分布式光纖傳感系統(tǒng)的空間分辨率主要取決于脈沖激勵(lì)光信號(hào)的脈沖寬 度、A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備的處理速度和接收濾波器的帶寬=個(gè)因素，在脈沖光的脈寬不變時(shí)，同時(shí) 采用高速率高精度的A/D轉(zhuǎn)換器和帶寬合適的接收濾波器可W提高系統(tǒng)的分辨率；當(dāng)A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度足夠快、接收濾波器的帶寬足夠?qū)挄r(shí)，傳感系統(tǒng)的空間分辨率則由脈沖 激勵(lì)光信號(hào)的脈寬決定，而脈沖光的脈沖寬度則由脈沖調(diào)制信號(hào)模塊發(fā)出的脈沖調(diào)制信號(hào) 的脈寬決定。因此，設(shè)計(jì)產(chǎn)生與分布式光纖傳感系統(tǒng)的傳感距離相匹配的脈沖調(diào)制信號(hào)對(duì) 提高傳感系統(tǒng)的空間分辨率顯得極為重要。
[000引泣及y=。了P/ 2 (公式1 > 在上式中，巧為脈沖光信號(hào)的脈寬決定的系統(tǒng)空間分辨率，U為光在光纖中的傳播 速度，7；為脈沖光的持續(xù)時(shí)間（即脈寬）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的在于克服BOTDR傳感系統(tǒng)中現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于BOTDR傳感系統(tǒng)的脈沖光信號(hào)的產(chǎn)生方法，它具有脈沖光信號(hào)的脈寬和重復(fù)頻率可調(diào)節(jié)控制的優(yōu) 點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種用于BOTDR傳感系統(tǒng)的脈沖光 信號(hào)的產(chǎn)生方法，它所設(shè)及的系統(tǒng)主要包括窄線寬激光器、光隔離器、偏振控制器、電光強(qiáng) 度調(diào)制器巧0IM)、可調(diào)直流電壓源、脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊、邸FA、光衰減器、光電探測(cè)器和 多通道示波器，其特征在于；窄線寬激光器與偏振控制器之間連有光隔離器，窄線寬激光器 發(fā)出的激光通過光隔離器后再經(jīng)過偏振控制器調(diào)節(jié)為線偏振光；所述的窄線寬激光器發(fā)出 的激光是連續(xù)光，且其中屯、波長(zhǎng)為1550.OOnm;偏振控制器的輸出端與EOIM的光輸入端相 連接，EOIM的光輸出端與邸FA的輸入端相連接，EDFA的輸出端和光衰減器的輸入端連接， 光衰減器的輸出端和光電探測(cè)器的光輸入端相連接，光電探測(cè)器的輸出端連接到多通道示 波器，脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊的輸出端與EOIM的射頻信號(hào)輸入端相連接，可調(diào)直流電壓源 連接到EOIM的Bias端為EOIM提供直流偏置電壓。
[0008] 所述的脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊包括FPGA開發(fā)板、16位D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器和 電脈沖信號(hào)放大電路，F(xiàn)PGA開發(fā)板上被選用的I/O端口分別與16位D/A轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘管 腳、數(shù)據(jù)管腳、片選管腳、GND管腳一一對(duì)應(yīng)連接，再通過外部直流電壓源為16位D/A轉(zhuǎn)換 器的VCC端提供工作電壓，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端和低通濾波器的輸入端相連接，低通濾波器 輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過電脈沖信號(hào)放大電路放大后通過引線I和II做兩路并行輸出，其中I 引線路直接連接到示波器上顯示，II引線那路再?gòu)腅OIM的射頻信號(hào)輸入端輸入，W便在示 波器上觀察對(duì)比脈沖調(diào)制信號(hào)和經(jīng)過調(diào)制放大及光電轉(zhuǎn)換后的脈沖信號(hào)波形。
[0009] 所述的FPGA開發(fā)板上包括晶振時(shí)鐘電路和通過Verilog皿L或VHDL硬件描述語 言設(shè)計(jì)的DDS信號(hào)發(fā)生模塊、脈沖信號(hào)頻率控制電路和脈沖寬度控制電路；所述的DDS信號(hào) 發(fā)生模塊包括32位相位累加器和ROM波形查找表，32位相位累加器接收輸入的頻率控制字 W及相位累加器本身的輸出返回值，截取相位累加器輸出數(shù)據(jù)的高18位作為波形存儲(chǔ)表 的取樣地址，通過地址尋址方式從ROM波形存儲(chǔ)表中讀出波形數(shù)據(jù)，它是利用全數(shù)字技術(shù) 產(chǎn)生與輸出頻率相對(duì)應(yīng)的波形線性序列，再完成相位到幅度的轉(zhuǎn)換。
[0010] 脈沖光信號(hào)重復(fù)頻率的改變可W通過鍵控調(diào)節(jié)FPGA內(nèi)部的頻率控制電路改變脈 沖調(diào)制信號(hào)的輸出頻率來實(shí)現(xiàn)。
[0011] 脈沖光信號(hào)脈沖寬度的改變可通過鍵控調(diào)節(jié)FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)的脈沖寬度控制電路 改變脈沖調(diào)制信號(hào)的脈寬來實(shí)現(xiàn)。
[0012] 通過調(diào)節(jié)可調(diào)電脈沖信號(hào)放大電路的放大倍數(shù)來調(diào)節(jié)和控制電脈沖調(diào)制信號(hào)的 電壓幅值進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)脈沖光信號(hào)的強(qiáng)弱的目的。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)效果是：在FPGA硬件的基礎(chǔ)上采用孤S技術(shù)產(chǎn)生的電脈沖調(diào)制信 號(hào)，不僅可W根據(jù)傳感系統(tǒng)的實(shí)際需要改變脈沖信號(hào)的重復(fù)頻率，同時(shí)還可根據(jù)傳感系統(tǒng) 的實(shí)際傳感距離選擇脈寬相匹配的脈沖信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，從而提高系統(tǒng)的空間分辨率和 測(cè)量精度。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)方框圖。
[0015] 圖2為脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊結(jié)構(gòu)方框圖。
[0016] 圖3為脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊在晶振基準(zhǔn)時(shí)鐘為50MHz時(shí)產(chǎn)生的頻率為2KHZ，脈 寬為2(K)ns的脈沖調(diào)制信號(hào)仿真結(jié)果圖。
[0017] 圖4為脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊在晶振基準(zhǔn)時(shí)鐘為50MHz時(shí)產(chǎn)生的頻率為4KHZ，脈 寬為l(K)ns的脈沖調(diào)制信號(hào)仿真結(jié)果圖。
[0018] 圖5為脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊在晶振基準(zhǔn)時(shí)鐘為50MHz時(shí)產(chǎn)生的頻率為5KHZ，脈 寬為60ns的脈沖調(diào)制信號(hào)仿真結(jié)果圖。
[0019] 在圖1和圖2中，1、窄線寬激光器2、光隔離器3、偏振控制器4、電光強(qiáng)度調(diào)制器 5、可調(diào)直流電壓源6、脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊7、邸FA8、光衰減器9、光電探測(cè)器10、多 通道示波器11、FPGA開發(fā)板12、晶振時(shí)鐘電路13、孤S信號(hào)發(fā)生模塊14、32位相位累加 器15、R0M查找表16、16位D/A轉(zhuǎn)換器17、低通濾波器18、電脈沖信號(hào)放大電路。
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