CN116346219A - 一种抗光干扰的光纤故障测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗光干扰的光纤故障测试系统,包括数字调制模块、激光源驱动模块、放大滤波模块、数字解调模块、故障检测模块,所述数字调制模块将输入信号调制为具有编码信息的电信号;所述激光源驱动模块接收电信号驱动激光源发射光信号到待测光纤;所述放大滤波模块将光纤网故障点反射回的光信号转换为电信号并进行放大滤波处理;所述数字解调模块对滤波后的信号进行解调并输出;所述故障检测模块用于输入信号和接收输出信号并确定故障点的位置。本发明通过对激光源控制驱动电路以及放大滤波电路进行优化设计,能够抵抗外界太阳光等杂光的干扰,准确的定位故障点,提高光纤检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗光干扰的光纤故障测试系统,属于光纤通信技术领域。
背景技术
电力系统是一个复杂的系统,其由发电、送电、变电、配电和用电等各部分组成,并且各个部分分布的地域比较广泛,电力系统能够合理的供电和发电,并且及时处理电力系统事故的功能,主要通过电力光纤通信系统完成,所以电力光纤是电力系统中不可缺少的重要组成部分。由于电力光纤通信在电力系统调配中占据重要的位置且其信息量极大,所以电力光纤运输网络运行的可靠性必将是电力系统安全运行的重要支柱,一旦光纤线路发生故障,造成的通信中断将会给国网公司带来巨大的经济损失。
传统激光测距电路大部分为模拟电路,其结构单一,抗干扰性能弱,容易受到外界光的干扰产生误检问题,导致检测结果存在一定误差,极大降低了激光测距的准确度,使得工作人员不能迅速的确定故障点进行检修,可能会对相关的电力系统造成设备损耗。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种抗光干扰的光纤故障测试系统,能够抗外界太阳光等杂光干扰,准确定位故障点,提高光纤检测效率。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是:
本发明提供的一种抗光干扰的光纤故障测试系统,包括:数字调制模块、激光源驱动模块、放大滤波模块、数字解调模块、故障检测模块,所述数字调制模块将输入信号调制为具有编码信息的电信号;所述激光源驱动模块接收电信号驱动激光源发射光信号到待测光纤;所述放大滤波模块将光纤网故障点反射回的光信号转换为电信号并进行放大滤波处理;所述数字解调模块对滤波后的信号进行解调并输出;所述故障检测模块用于输入信号和接收输出信号并确定故障点的位置。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述数字调制模块在调制信号的同时加入偏置电流。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述激光源驱动模块包括基于PID的激光源控制电路和激光源发射电路。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述基于PID的激光源控制电路包括:滑动变阻器R1、电阻R2至R4、电容C1至C3、运放U1,所述电阻R2一端接收电流输入信号,另一端接运放U1的反向输入端,电容C2与电阻R2并联,滑动变阻器R1一端接Vcc,另一端接地,滑动变阻器R1滑片端分别连接电阻R3和电容C1,电容C1另一端接滑动变阻器R1接地端,电阻R3另一端接运放U1反向输入端,运放U1同相输入端接地,电阻R4连接在运放U1反向输入端和输出端之间,电容C3与电阻R4并联,运放U1输出端输出激光源驱动信号。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述激光源发射电路包括:激光源、电阻R5至R7、NPN三极管Q1,激光源一端接收激光电源驱动信号,另一端连接电阻R5,电阻R5接NPN三极管Q1集电极,NPN三极管Q1发射极接GND,基极接电阻R6,电阻R6另一端分别接PB0和电阻R7,电阻R7另一端接Vcc。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述放大滤波模块包括:雪崩光电二极管APD、滑动变阻器R8、滑动变阻器R13、电阻R9至R12、电容C4至C5、运放U2至U4,雪崩光电二极管APD正极接Vcc,负极接滑动变阻器R8和运放U2反向输出端,滑动变阻器R8另一端接地,运放U2同相输入端接运放U2输出端,运放U2输出端接电容C4,电容C4接电阻R9,电阻R9接运放U3同相输入端,电阻R12连接在运放U3同相输入端和输出端之间,运放U3反相输入端接电阻R10和电阻R11,电阻R10另一端接地,电阻R11另一端接Vcc,运放U3输出端接运放U4同相输入端,运放U4反相输入端接滑动变阻器R13滑片端,滑动变阻器R13一端接Vcc,另一端接地,运放U4负电源端接Vcc和电容C5,电容C5另一端接GND,运放U4正电源接地。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述放大滤波模块实现放大滤波处理的过程为:电容C4对电信号进行滤波处理,去除杂光产生的直流分量;电阻R9至R12与运放U3构成的反向比例放大器对所述滤波处理后的电信号进行放大;滑动变阻器R13、电容C5与运放U4构成的电压比较器根据电压阈值对放大后的信号进行判断比较滤波。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述放大滤波模块通过调整滑动变阻器R13调整电压阈值和信噪比;
所述电压阈值为:
所述信噪比为:
其中,SNR为信噪比,Pin为接收端的输入功率,Rb基极偏置电阻的阻值,q为放大器的q因子。
作为本实施例一种可能的实现方式,所述故障检测模块通过计算发射信号到接收信号的时间来确定故障点的位置。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下:
(1)本发明在激光电源控制电路采用了PID自动调节控制进行电信号的补偿,以光敏元件APD上的电流大小作为反馈信号,对激光源光强进行补偿,控制入射光的强度,提高信噪比,以达到减小距离误差的目的;
(2)本发明的放大滤波电路中加入电容,能够去除杂光产生的直流分量,后面接反向比例放大器和电压比较器,对信号放大后进行判断比较滤波,进一步增加了反射的光信息的真实度,提升定位准确性;
本发明通过对激光源控制驱动电路以及放大滤波电路进行优化设计,能够抵抗外界太阳光等杂光的干扰,准确的定位故障点,提高光纤检测效率。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种抗光干扰的光纤故障测试系统的结构示意图;
图2是根据一示例性实施例示出的激光驱动模块电路结构图;
图3是根据一示例性实施例示出的放大滤波模块电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:
为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,并结合其附图,对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意,在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1所示,本发明实施例提供的一种抗光干扰的光纤故障测试系统,包括:数字调制模块、激光源驱动模块、放大滤波模块、数字解调模块、故障检测模块,所述数字调制模块将输入信号调制为具有编码信息的电信号;所述激光源驱动模块接收电信号驱动激光源发射光信号到待测光纤;所述放大滤波模块将光纤网故障点反射回的光信号转换为电信号并进行放大滤波处理;所述数字解调模块对滤波后的信号进行解调并输出;所述故障检测模块用于输入信号和接收输出信号并确定故障点的位置。
编码模块在数字调制的过程中加上一个适当的偏置电流提高光信号的保真度,使其输出的光信号以及在遇到故障点反射回来的光信号转化为被光敏元件APD识别的高频信号。
如图2所示,所述激光源驱动模块包括基于PID的激光源控制电路和激光源发射电路。
所述基于PID的激光源控制电路包括:所述基于PID的激光源控制电路包括:滑动变阻器R1、电阻R2至R4、电容C1至C3、运放U1,所述电阻R2一端接收电流输入信号,另一端接运放U1的反向输入端,电容C2与电阻R2并联,滑动变阻器R1一端接Vcc,另一端接地,滑动变阻器R1滑片端分别连接电阻R3和电容C1,电容C1另一端接滑动变阻器R1接地端,电阻R3另一端接运放U1反向输入端,运放U1同相输入端接地,电阻R4连接在运放U1反向输入端和输出端之间,电容C3与电阻R4并联,运放U1输出端输出激光源驱动信号。
在激光源控制电路采用了PID自动调节控制进行电信号的补偿,以光敏元件APD上的电流大小作为反馈信号,对激光源光强进行补偿,控制入射光的强度,提高信噪比,减小了距离误差,从而减小外界光产生的干扰信号对故障位置定位的影响。
所述激光源发射电路包括:激光源、电阻R5至R7、NPN三极管Q1,激光源一端接收激光电源驱动信号,另一端连接电阻R5,电阻R5接NPN三极管Q1集电极,NPN三极管Q1发射极接GND,基极接电阻R6,电阻R6另一端分别接PB0和电阻R7,电阻R7另一端接Vcc。电阻R5和电阻R6的作用是控制三极管来实现对激光源的驱动。当三极管基极没有电流通时电路处于截至状态,激光源熄灭;当三极管基极中有电流通过时,通过集电极放大电流,激光源亮。
如图3所示,所述放大滤波模块包括:雪崩光电二极管APD、滑动变阻器R8、滑动变阻器R13、电阻R9至R12、电容C4至C5、运放U2至U4,雪崩光电二极管APD正极接Vcc,负极接滑动变阻器R8和运放U2反向输出端,滑动变阻器R8另一端接地,运放U2同相输入端接运放U2输出端,运放U2输出端接电容C4,电容C4接电阻R9,电阻R9接运放U3同相输入端,电阻R12连接在运放U3同相输入端和输出端之间,运放U3反相输入端接电阻R10和电阻R11,电阻R10另一端接地,电阻R11另一端接Vcc,运放U3输出端接运放U4同相输入端,运放U4反相输入端接滑动变阻器R13滑片端,滑动变阻器R13一端接Vcc,另一端接地,运放U4负电源端接Vcc和电容C5,电容C5另一端接GND,运放U4正电源接地。运放U2构成的电压跟随器输入高阻抗,输出低阻抗,起到缓冲作用,能够使得后一级的放大电路更好的工作。
所述放大滤波模块实现放大滤波处理的过程为:放大滤波模块接收端接收反射光并通过雪崩光电二极管APD转化为电信号,电容C4对电信号进行滤波处理,去除杂光产生的直流分量;电阻R9至R12与运放U3构成的反向比例放大器对所述滤波处理后的电信号进行放大,其中电阻R12控制信号的放大倍数;滑动变阻器R13、电容C5与运放U4构成的电压比较器根据电压阈值对放大后的信号进行判断比较滤波。
在雪崩光电二极管APD探测到光信号时,将光信号转化为电信号,但是光信号中混杂着杂光,会对测量的结果产生误差,这些杂光大部分都为自然光,其变化比较缓慢,因此会在APD上产生直流和低频信号的响应。因此在所述放大滤波电路中加入电容C4,电容C4对信号进行放大滤波处理,可以去掉杂光产生的直流分量,将目标光信号进行保留。
所述放大滤波模块通过调整滑动变阻器R13调整电压阈值和信噪比,通过调节滑动变阻器R13的阻值可以减小背景光的干扰,因此可以根据实际情况来选择x和y的大小来尽量提高信噪比,精确距离定位。
所述电压阈值为:
所述信噪比为:
其中,SNR为信噪比,Pin为接收端的输入功率,Rb基极偏置电阻的阻值,q为放大器的q因子。
所述故障检测模块通过计算发射信号到接收信号的时间来确定故障点的位置。由于光纤本身的特性,激光在光纤内部的传输过程中遇到连接器、接合点、弯曲、断点等情况时会产生散射、反射。其中就会有一部分光沿着激光来路返回,被光敏元件APD识别,因此故障检测模块通过控制信号的输入并接收输出信号,可以通过计算发射信号到接收信号的时间来确定故障点的距离。
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,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解: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,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种抗光干扰的光纤故障测试系统,其特征在于,包括:数字调制模块、激光源驱动模块、放大滤波模块、数字解调模块、故障检测模块,所述数字调制模块将输入信号调制为具有编码信息的电信号;所述激光源驱动模块接收电信号驱动激光源发射光信号到待测光纤;所述放大滤波模块将光纤网故障点反射回的光信号转换为电信号并进行放大滤波处理;所述数字解调模块对滤波后的信号进行解调并输出;所述故障检测模块用于输入信号和接收输出信号并确定故障点的位置。
2.根据权利要求1所述的一种抗光干扰的光纤故障测试系统,其特征在于,所述数字调制模块在调制信号的同时加入偏置电流。
3.根据权利要求1所述的一种抗光干扰的光纤故障测试系统,其特征在于,所述激光源驱动模块包括基于PID的激光源控制电路和激光源发射电路。
4.根据权利要求3所述的一种抗光干扰的光纤故障测试系统,其特征在于,所述基于PID的激光源控制电路包括:滑动变阻器R1、电阻R2至R4、电容C1至C3、运放U1,所述电阻R2一端接收电流输入信号,另一端接运放U1的反向输入端,电容C2与电阻R2并联,滑动变阻器R1一端接Vcc,另一端接地,滑动变阻器R1滑片端分别连接电阻R3和电容C1,电容C1另一端接滑动变阻器R1接地端,电阻R3另一端接运放U1反向输入端,运放U1同相输入端接地,电阻R4连接在运放U1反向输入端和输出端之间,电容C3与电阻R4并联,运放U1输出端输出激光源驱动信号。
5.根据权利要求3所述的一种抗光干扰的光纤故障测试系统,其特征在于,所述激光源发射电路包括:激光源、电阻R5至R7、NPN三极管Q1,激光源一端接收激光电源驱动信号,另一端连接电阻R5,电阻R5接NPN三极管Q1集电极,NPN三极管Q1发射极接GND,基极接电阻R6,电阻R6另一端分别接PB0和电阻R7,电阻R7另一端接Vcc。
6.根据权利要求1所述的一种抗光干扰的光纤故障测试系统,其特征在于,所述放大滤波模块包括:雪崩光电二极管APD、滑动变阻器R8、滑动变阻器R13、电阻R9至R12、电容C4至C5、运放U2至U4,雪崩光电二极管APD正极接Vcc,负极接滑动变阻器R8和运放U2反向输出端,滑动变阻器R8另一端接地,运放U2同相输入端接运放U2输出端,运放U2输出端接电容C4,电容C4接电阻R9,电阻R9接运放U3同相输入端,电阻R12连接在运放U3同相输入端和输出端之间,运放U3反相输入端接电阻R10和电阻R11,电阻R10另一端接地,电阻R11另一端接Vcc,运放U3输出端接运放U4同相输入端,运放U4反相输入端接滑动变阻器R13滑片端,滑动变阻器R13一端接Vcc,另一端接地,运放U4负电源端接Vcc和电容C5,电容C5另一端接GND,运放U4正电源接地。
7.根据权利要求6所述的一种抗光干扰的光纤故障测试系统,其特征在于,所述放大滤波模块实现放大滤波处理的过程为:电容C4对电信号进行滤波处理,去除杂光产生的直流分量;电阻R9至R12与运放U3构成的反向比例放大器对所述滤波处理后的电信号进行放大;滑动变阻器R13、电容C5与运放U4构成的电压比较器根据电压阈值对放大后的信号进行判断比较滤波。
9.根据权利要求1所述的一种抗光干扰的光纤故障测试系统,其特征在于,所述故障检测模块通过计算发射信号到接收信号的时间来确定故障点的位置。
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CN202310312308.9A CN116346219A (zh) | 2023-03-24 | 2023-03-24 | 一种抗光干扰的光纤故障测试系统 |
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CN116819176A (zh) * | 2023-08-30 | 2023-09-29 | 国网山东省电力公司泰安供电公司 | 一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法 |
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2023
- 2023-03-24 CN CN202310312308.9A patent/CN116346219A/zh active Pending
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CN116819176B (zh) * | 2023-08-30 | 2023-12-01 | 国网山东省电力公司泰安供电公司 | 一种基于幅角变换的阻抗谱生成方法 |
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