一種用于分布式光纖傳感系統(tǒng)的脈沖光信號(hào)發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)發(fā)生裝置，具體涉及一種用于分布式光纖傳感系統(tǒng)的 脈沖光信號(hào)發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 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以及能夠進(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、隧道以及海底光纜等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前 景。在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)于不同傳感距離的分布式光纖傳感系統(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] 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三個(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以提高系統(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。
[0006] 在上式中，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）。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型的目的在于克服分布式光纖傳感系統(tǒng)中現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用 于分布式光纖傳感系統(tǒng)的脈沖激勵(lì)光信號(hào)發(fā)生裝置，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)。
[0008] 本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種用于分布式光纖傳感系統(tǒng) 的脈沖光信號(hào)發(fā)生裝置，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 (E0頂)、可調(diào)直流電壓源、脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊、EDFA、光衰減器、光電探測(cè)器和多通道示 波器，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 其中心波長(zhǎng)為1550.0 Onm ;偏振控制器的輸出端與Ε(ΠΜ的光輸入端相連接，EO頂?shù)墓廨敵?端與EDFA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EO頂?shù)纳漕l信號(hào)輸入端相連接，可調(diào)直流電壓源連接到EO頂?shù)腂ias 端為Ε(ΠΜ提供直流偏置電壓。
[0009] 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O頂?shù)纳漕l信號(hào)輸入端輸入，以便在示 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。
[0010] 所述的FPGA開發(fā)板上包括晶振時(shí)鐘電路和通過Verilog HDL或VHDL硬件描述語(yǔ) 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 以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。
[0011] 脈沖光信號(hào)重復(fù)頻率的改變可以通過鍵控調(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)。
[0012] 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)。
[0013] 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。
[0014] 本實(shí)用新型的技術(shù)效果是：在FPGA硬件的基礎(chǔ)上采用DDS技術(shù)產(chǎn)生的電脈沖調(diào)制 信號(hào)，不僅可以根據(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】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)方框圖。
[0016] 圖2為脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生模塊結(jié)構(gòu)方框圖。
[0017] 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200ns的脈沖調(diào)制信號(hào)仿真結(jié)果圖。
[0018] 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IOOns的脈沖調(diào)制信號(hào)仿真結(jié)果圖。
[0019] 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。
[0020] 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、EDFA 8、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、DDS信號(hào)發(fā)生模塊14、32位相位累加 器15、ROM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。
[0021] 在圖3~圖5中，elk為晶振時(shí)鐘電路輸出