CN106533546A - 一种优化光时域反射仪 - Google Patents

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    • H04B10/071—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using a reflected signal, e.g. using optical time domain reflectometers [OTDR]

Abstract

本发明涉及一种优化光时域反射仪，包括脉冲发生器和与所述脉冲发生器连接的激光器；所述脉冲发生器为采用FPGA产生频率和脉宽可调的脉冲发生器；所述FPGA产生的不同脉宽和不同频率的脉冲通过控制激光器脉冲驱动电路产生具有宽度和频率的电流脉冲来驱动所述激光器。本发明技术方案大大提高了光时域反射仪系统动态探测范围和分辨率。

Description

一种优化光时域反射仪
技术领域：
本发明涉及分析及测量控制技术领域，更具体涉及一种优化光时域反射仪。
背景技术：
随着光纤通信技术在各个领域的日益广泛应用，对光纤的测试在光纤应用系统研制、建设和维护中成为必不可少的重要环节。光时域反射仪作为一种专门的光纤测试仪器，可测量整个光纤长度，分析整个光纤链路的衰减并提供与长度有关的衰减细节，从而对光纤中接头、断点等事件进行精确定位，是光纤系统中使用频度最高的现场仪器。
光时域反射仪技术复杂，研制难度大，要求其动态范围大，分辨率高，这对OTDR系统提出了很高的指标。OTDR系统最重要的二项指标是动态范围和距离分辨率，由瑞利散射推导可知，动态范围和发射光脉冲频率有关，频率越大，动态范围越大，同时动态范围还取决于脉冲宽度τ,脉宽越大，动态范围也越大；由菲涅尔反射推导可知，OTDR系统的距离分辨率则直接取决于脉冲宽度τ，注入的光脉冲的宽度越窄，则距离分辨率越高。由此可见发射的光脉冲脉宽越窄，距离分辨率越高，但脉宽的减小使得入纤的光能量的降低，动态范围变小了。
目前，对于传统光时域反射仪而言，动态范围和分辨率是不可兼得的，采用固定频率和宽度的光脉冲作为探测信号，可以获得大的动态范围，势必引起盲区的变大，分辨率的降低。同理，采用固定窄脉冲作为探测信号，分辨率明显提高，但也会引起动态范围的降低。面对复杂的现场测试环境，设计一种动态范围和分辨率优化的OTDR为快速定位故障点，减少抢修时间，保证光纤通信网的正常运行，变得尤为重要。
发明内容：
本发明的目的是提供一种优化光时域反射仪，可以大大提高光时域反射仪系统动态探测范围和分辨率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种优化光时域反射仪，包括脉冲发生器和与所述脉冲发生器连接的激光器；所述脉冲发生器为采用FPGA产生频率和脉宽可调的脉冲发生器；所述FPGA产生的不同脉宽和不同频率的脉冲通过控制激光器脉冲驱动电路产生具有宽度和频率的电流脉冲来驱动所述激光器。
所述FPGA与主控器的UART接口进行通信并根据所述主控器的命令控制产生脉冲。
所述激光器、与方向耦合器连接；所述方向耦合器与尾纤连接；所述尾纤通过连接器和被测光纤线路连接；所述尾纤通过所述方向耦合器与光电转换器连接；所述光电转换器通过放大器与数模转换器连接；所述数模转换器通过信号处理器和脉冲发生器连接。
所述激光器包括依次连接的脉冲驱动电路、恒流源电路和激光二极管；所述激光二极管分别与门槛电流偏置电路、保护电路和恒温控制电路连接；所述脉冲驱动电路与所述脉冲发生器连接。
所述脉冲驱动电路包括将所述FPGA产生的脉冲转化为差分信号的单端转差分电路和差分驱动电路。
所述差分驱动电路包括发射极相互连接和集电极相互连接的两个三极管；所述三极管Q5和三极管Q6的基极分别对应连接所述单端转差分电路的反向输入和正向输入；所述集电极间设有串联的二极管模块和电阻；所述二极管模块包括并联的同向发光二极管与二极管和电容；所述发光二极管的正极与所述三极管Q5的集电极连接。
当所述三极管Q5基极为正脉冲，所述三极管Q6的基极为负脉冲，则三极管Q5导通，所述三极管Q6截止，驱动电流从所述三极管Q5的发射极流出，集电极电流Ic＝发射极电流Ie，加上一直提供的门槛电流，流过所述激光器的电流为其正常工作电流，所述激光器发出光脉冲；当所述三极管Q5基极为负脉冲，所述三极管Q6的基极为正脉冲，则三极管Q6导通，所述三极管Q5截止，驱动电流从所述三极管Q6的发射极流出，流过所述激光器的电流只有门槛电流，此时激光器不发出光脉冲；如此反复产生所需频率、脉宽和功率的光脉冲。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
1、本发明技术方案探测分析整个光纤链路的衰减，并提供与长度有关的衰减细节，进而对光纤中接头、断点等事件进行精确快速定位；
2、本发明技术方案克服传统光时域反射仪面对复杂测量环境时的响应慢、故障定位不准确的缺点；
3、本发明技术方案基于动态范围优化和分辨率优化的模式选择，面对不同复杂测量环境具体具有很强的实用价值；
4、本发明技术方案实现了激光脉冲的大功率、脉冲宽度可调、脉冲频率可调，从而对于不同应用场合采用不同优化模式的OTDR；
5、本发明技术方案在面对复杂的现场测试环境，快速定位故障点，减少抢修时间，保证光纤通信网的正常运行。
附图说明
图1为本发明实施例光时域反射仪结构示意图；
图2为本发明实施例FPGA产生脉冲发生器原理框·图；
图3为本发明实施例脉冲发生器产生脉冲波形图；
图4为本发明实施例激光器驱动电路整体原理框图；
图5为本发明实施例脉冲驱动电路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
实施例1：
本例的发明提供一种优化光时域反射仪，包括脉冲发生器和与所述脉冲发生器连接的激光器；所述脉冲发生器为采用FPGA产生频率和脉宽可调的脉冲发生器；所述激光器由电流触发发射一定功率的光脉冲，因此所述FPGA产生的不同脉宽和不同频率的脉冲通过控制激光器脉冲驱动电路产生具有一定宽度和频率的电流脉冲来驱动所述激光器。
如图2所示，根据主控器通过UART接口和FPGA通信进行控制脉冲产生与否由。如图3所示，所示脉冲发生器产生的脉冲波形。
如图1所示，所述激光器、方向耦合器、尾纤连接、连接器和被测光纤线路依次连接；所述尾纤、方向耦合器、光电转换器、放大器、数模转换器、信号处理器和脉冲发生器依次连接。
激光器都有一定的门槛电流，通常需要直流偏置电流驱动至门限以上才能输出所期望的光输出功率，同时由激光器的P-I特性可知，为了提高激光器的对一定频率脉冲的快速响应度，给激光器一个门槛值附近的固定的直流偏置，能快速产生所需的光功率，
如图4所示，所述激光器包括依次连接的与所述脉冲发生器连接的脉冲驱动电路、恒流源电路和激光二极管；所述激光二极管分别与门槛电流偏置电路、保护电路和恒温控制电路连接。
如图5所示，所述脉冲驱动电路包括将所述FPGA产生的脉冲转化为差分信号的单端转差分芯片和差分驱动电路。
所述差分驱动电路包括发射极相互连接和集电极相互连接的两个三极管；所述三极管Q5和三极管Q6的基极分别对应连接所述单端转差分电路的反向输入和正向输入；所述集电极间设有串联的二极管模块和电阻；所述二极管模块包括并联的同向发光二极管与二极管和电容；所述发光二极管的正极与所述三极管Q5的集电极连接。
当所述三极管Q5基极为正脉冲，所述三极管Q6的基极为负脉冲，则三极管Q5导通，所述三极管Q6截止，驱动电流从所述三极管Q5的发射极流出，集电极电流Ic＝发射极电流Ie，加上一直提供的门槛电流，流过所述激光器的电流为其正常工作电流，所述激光器发出光脉冲；当所述三极管Q5基极为负脉冲，所述三极管Q6的基极为正脉冲，则三极管Q6导通，所述三极管Q5截止，驱动电流从所述三极管Q6的发射极流出，流过所述激光器的电流只有门槛电流，此时激光器不发出光脉冲；如此反复产生所需频率、脉宽和功率的光脉冲。
发射脉宽默认为10μs,可配置为:100ns，150ns，300ns，1μs，3μs，10μs，20μs；脉冲周期默认为1638.4μs，可配置为：16.38μs、32.76μs、65.53μs、163.84μs、327.68μs、655.36μs、1638.4μs、3276.8μs、6553.6μs；
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种优化光时域反射仪，包括脉冲发生器和与所述脉冲发生器连接的激光器；其特征在于：所述脉冲发生器为采用FPGA产生频率和脉宽可调的脉冲发生器；所述FPGA产生的不同脉宽和不同频率的脉冲通过控制激光器脉冲驱动电路产生具有宽度和频率的电流脉冲来驱动所述激光器。
2.如权利要求1所述的一种优化光时域反射仪，其特征在于：所述FPGA与主控器的UART接口进行通信并根据所述主控器的命令控制产生脉冲。
3.如权利要求1所述的一种优化光时域反射仪，其特征在于：所述激光器、与方向耦合器连接；所述方向耦合器与尾纤连接；所述尾纤通过连接器和被测光纤线路连接；所述尾纤通过所述方向耦合器与光电转换器连接；所述光电转换器通过放大器与数模转换器连接；所述数模转换器通过信号处理器和脉冲发生器连接。
4.如权利要求1-3任意一项所述的一种优化光时域反射仪，其特征在于：所述激光器包括依次连接的脉冲驱动电路、恒流源电路和激光二极管；所述激光二极管分别与门槛电流偏置电路、保护电路和恒温控制电路连接；所述脉冲驱动电路与所述脉冲发生器连接。
5.如权利要求1所述的一种优化光时域反射仪，其特征在于：所述脉冲驱动电路包括将所述FPGA产生的脉冲转化为差分信号的单端转差分电路和差分驱动电路。
6.如权利要求5所述的一种优化光时域反射仪，其特征在于：所述差分驱动电路包括发射极相互连接和集电极相互连接的两个三极管；所述三极管Q5和三极管Q6的基极分别对应连接所述单端转差分电路的反向输入和正向输入；所述集电极间设有串联的二极管模块和电阻；所述二极管模块包括并联的同向发光二极管与二极管和电容；所述发光二极管的正极与所述三极管Q5的集电极连接。
7.如权利要求6所述的一种优化光时域反射仪，其特征在于：当所述三极管Q5基极为正脉冲，所述三极管Q6的基极为负脉冲，则三极管Q5导通，所述三极管Q6截止，驱动电流从所述三极管Q5的发射极流出，集电极电流Ic＝发射极电流Ie，加上一直提供的门槛电流，流过所述激光器的电流为其正常工作电流，所述激光器发出光脉冲；当所述三极管Q5基极为负脉冲，所述三极管Q6的基极为正脉冲，则三极管Q6导通，所述三极管Q5截止，驱动电流从所述三极管Q6的发射极流出，流过所述激光器的电流只有门槛电流，此时激光器不发出光脉冲；如此反复产生所需频率、脉宽和功率的光脉冲。
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