一种基于FPGA的分布式光纤检测系统的设计
时间:2021-10-28 00:04点击量:


本文摘要:概要:传统的光纤检测系统大都是基于MCU架构来构建的,虽然MCU系统或DSP处理器在数字信号处理方面功能强大,但难以完成大量动态数据的收集,因取样点较少带给的测量误差不会累积到测试结果。本设计基于光纤系统的检测原理,设计一种较慢光纤检测系统。数据采集系统使用FPGA做到数据处理,可以构建高速动态数据的收集。 光纤通信是用光纤作为传输介质,以光波作为载波来构建信息传输,从而超过通信目的的一种新的通信技术。

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概要:传统的光纤检测系统大都是基于MCU架构来构建的,虽然MCU系统或DSP处理器在数字信号处理方面功能强大,但难以完成大量动态数据的收集,因取样点较少带给的测量误差不会累积到测试结果。本设计基于光纤系统的检测原理,设计一种较慢光纤检测系统。数据采集系统使用FPGA做到数据处理,可以构建高速动态数据的收集。

  光纤通信是用光纤作为传输介质,以光波作为载波来构建信息传输,从而超过通信目的的一种新的通信技术。与传统的电气通信比起,光纤传感技术具备精度和灵敏度低、外用电磁干扰、寿命长、耐腐蚀、成本低、光纤传输损耗极低,传输距离远等引人注目优点。

  虽然光纤通信具备以上引人注目的优点,但本身不存在的缺失也不容忽视,比如:光纤的质地质地,更容易脱落、机械强度劣,倾斜无法过小;供电艰难;分路、耦合不灵活性;光纤的截断和相连必须特定的工具或设备等。城建施工、洪水肆虐、人为毁坏、地壳运动等人为不道德或者天灾的毁坏,都很更容易导致光纤线路的故障。

如何有效地确保光纤通信系统的可靠性,仍然是一个尚待解决问题的技术难题。本设计在光纤通信的基础之上,通过对光纤通信监测系统的可靠性展开研究。以FPGA替换传统的MCU架构已完成数据的收集和处置,能已完成高速的动态数据采集,测量误差小,工作可靠性低。

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  1光纤通信系统的测量原理  目前的光纤测量中,主要是要测量光纤的损耗和断点。主要基于瑞利散射和菲涅尔光线两种光学现象来展开测量。瑞利散射是光纤材料本身固有的性质,由于光纤内部所含的杂质、纤核添加物等产生漫反射,其中部分向后散射构成瑞利背向衍射,光纤整个长度上都呈现出这种现象。

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而菲涅尔光线它只是再次发生在光纤认识到空气时或再次发生在诸如机械的相连接缝处。因此,光纤损耗的测量所依据的主要是瑞利散射原理;光纤断点的测量所依据的主要原理是菲涅尔光线。

  瑞利散射损耗能用下式展开近似计算:  式(1)中,以um为单位,A、B是与石英和掺入材料有关的常数。  菲涅尔反射光的信号强度与反射面状况和传输光的功率涉及。对于来自光纤上L点处的菲涅尔反射光,在光纤流经末端测出的光功率Pf(L)为:  以上公式中,L为菲涅尔光线处距离光流经端的距离,R为光纤中L处的功率反射系数,P0为流经光纤的峰值功率,为光纤衰减常数。  2硬件设计  如图1右图为系统硬件设计原理图。

由脉冲器产生的电脉冲,驱动光源模块产生光脉冲,经方向耦合器射入待测光纤。射入光纤的光脉冲,由于光纤材料本身固有的性质不会产生瑞利散射光,连同遇上不平坦光纤端面不会产生菲涅尔反射光,一起光线返方向耦合器、箭至光电二极管,转换成电脉冲。切换后的电信号经由放大器和A/D切换处置后送到数据处理模块,由于此项反射光强度黯淡,故须要重复传输、搜集并展开缩放和平均值处置。

OTDR利用其激光光源向被测光纤重复发送到光脉冲来构建测量。


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