CN212300798U - 一种弱光栅解调仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种弱光栅解调仪，弱光栅解调技术领域，包括微型计算机、上位机、可调谐光源模块、OTDR解调模块。本实用新型的一种弱光栅解调仪，在波分技术上增加时分技术的应用，即对被测光纤中刻写的弱光栅进行时分光谱测量（3维度：时域‑波长‑反射能量）；时域对应于光波播传输的距离，本实用新型能够对被光纤中任意距离点进行光谱测量，同一根光纤上能刻写的弱光栅数量可远远突破40个，在1根30公里测试光纤上可刻写3万个栅点，通过本实用新型的解调仪可以弱光栅进行解调。
Description
技术领域
本实用新型涉及弱光栅解调技术领域，特别是一种弱光栅解调仪。
背景技术
在被测光纤中，有些光纤上刻写的是弱光栅，所谓的弱光栅就是栅区反射的能量非常弱，只有万分之一到几千分之一的能量，其反射的能量只比瑞利反射的能量高6个dB左右，能量非常弱，通常的FBG解调仪只应用波分技术，即对被测光纤中刻写的光栅进行光谱测量（2维度：波长-反射能量），只能分辨出特征光谱明显不重合的光栅，因此同一根光纤上能刻写的光栅数量被局限在40个以内，所以通常的FBG解调仪很难对弱光栅解调或解调不出，给工作人员对被测光纤的实时监测带来不便。
实用新型内容
为了解决上述问题，实现对弱光栅的解调，本实用新型提供了一种弱光栅解调仪，具体技术方案如下：
一种弱光栅解调仪，包括微型计算机和上位机，所述微型计算机与上位机电连接；还包括可调谐光源模块和OTDR解调模块，所述可调谐光源模块与OTDR解调模块连接，所述OTDR解调模块与微型计算机电连接；
所述OTDR解调模块包括光开关、光开关驱动电路、环形器、电光调制器、光电转换模块和采集卡；
所述环形器包括端口1、端口2和端口3，所述端口1、端口2和端口3均可做输入或输出端口；
所述可调谐光源模块通过电光调制器与环形器的端口1连接，所述环形器的端口2与光开关连接，所述环形器的端口3与光电转换模块的输入端连接；所述光电转换模块的输出端与采集卡电连接；
被测光纤直接接入光开关；
所述光开关驱动电路的输入端与采集卡电连接，输出端与光开关电连接；
所述可调谐光源模块用于扫描其内置的可调谐光源波长并输出连续光波至电光调制器；所述电光调制器用于将连续光波调制为脉冲光波；调制后的脉冲光波通过环形器的端口1输入环形器，再由环形器的端口2输出至光开关，光开关继续将脉冲光波传输至被测光纤，经过被测光纤后得到反射光，反射光由环形器的端口2输入至环形器，经过环形器的端口3输出至光电转换模块；
所述光开关用于光路扩展，所述环行器用于对光开关进行光路扩展后的多路被测光纤之间进行光路切换；所述光电转换模块将反射光波转换为电信号传输至采集卡；
所述采集卡用于收集、处理光电转换模块传输的电信号，并根据传输的电信号进行转换解调出每个栅区的具体位置，并进行定位，并将解调出的每个栅区的具体位置传输至微型计算机，
同时计算弱光栅中心波长，计算得到的中心波长数据传输至微型计算机，微型计算机处理中心波长数据后传输至上位机，上位机将处理后的中心波长数据转化特征信号，实现对被测光纤的实时监测。
优选的，所述采集卡采用200M数据双核采集卡，所述200M数据双核采集卡包括差分驱动器、AD转换器、FPGA、ARM、和MINI SD卡；
所述ARM分别与光开关驱动电路、微型计算机连接；
所述差分驱动器的输入端与光电转换模块的输出端电连接，输出端与AD转换器的输入端电连接；
所述AD转换器与FPGA电连接；
所述FPGA的输出端与微型计算机连接；
所述MINI SD卡与FPGA连接。
优选的，所述可调谐光源模块采用型号为GM8050F的可调谐激光光源模块。
优选的，所述电光调制器采用SOA型电光脉冲调制器。
优选的，所述光电转换模块包括APD器件、放大电路。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供了一种弱光栅解调仪，在波分技术上增加时分技术的应用，即对被测光纤中刻写的弱光栅进行时分光谱测量（3维度：时域-波长-反射能量）；时域对应于光波播传输的距离，本实用新型能够对被光纤中任意距离点进行光谱测量，同一根光纤上能刻写的弱光栅数量可远远突破40个，在1根30公里测试光纤上可刻写3万个栅点，通过本实用新型的解调仪可以弱光栅进行解调。
附图说明
图1为本实用新型的系统框架图。
图2为本实用新型的工作原理图。
图3为本实用新型的采集卡结构框图。
图4为本实用新型的采集卡的工作原理图。
图5为本实用新型的环形器的结构示意图；
图中所示标号分别表示：1：端口1；2：端口2；3：端口3。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：
如图1、图2所示，一种弱光栅解调仪，包括微型计算机和上位机，微型计算机与上位机电连接；还包括可调谐光源模块和OTDR解调模块，可调谐光源模块与OTDR解调模块连接，OTDR解调模块与微型计算机电连接；
OTDR解调模块包括光开关、光开关驱动电路、环形器、电光调制器、光电转换模块和采集卡；如图5所示，环形器包括端口1、端口2和端口3，端口1、端口2和端口3均可做输入或输出端口，环形器的端口1输入信号，信号只能从端口2输出，同样，从端口2输入的信号只能从3端口输出。
可调谐光源模块通过电光调制器与环形器的端口1连接，环形器的端口2与光开关连接，环形器的端口3与光电转换模块的输入端连接，光电转换模块的输出端与采集卡电连接；被测光纤直接接入光开关；光开关驱动电路的输入端与采集卡电连接，输出端与光开关电连接；可调谐光源模块用于扫描其内置的可调谐光源波长并输出连续光波至电光调制器；电光调制器用于将连续光波调制为脉冲光波；调制后的脉冲光波通过环形器的端口1输入环形器，再由环形器的端口2输出至光开关，光开关继续将脉冲光波传输至被测光纤，经过被测光纤后得到反射光，反射光由环形器的端口2输入至环形器，经过环形器的端口3输出至光电转换模块；
光开关用于光路扩展，环行器用于对光开关进行光路扩展后的多路被测光纤之间进行光路切换；光电转换模块将反射光波转换为电信号传输至采集卡；采集卡用于收集、处理光电转换模块传输的电信号，并根据传输的电信号进行转换解调出每个栅区的具体位置，并进行定位，同时计算弱光栅中心波长，并将解调出的每个栅区的具体位置以及计算得到的中心波长数据传输至微型计算机。
微型计算机处理中心波长数据后传输至上位机，上位机将处理后的中心波长数据转化为特征信号，特征信号包括时域、中心波长和反射能量；时域对应于光波播传输的距离，通过对时域、中心波长和反射能量这三维度的观测进而实现对被测光纤的实时监测。
在优选的实施例中，如图3、图4所示，采集卡采用200M数据双核采集卡，200M数据双核采集卡包括差分驱动器、AD转换器、FPGA、ARM和MINI SD卡；
差分驱动器的输入端与光电转换模块的输出端电连接，输出端与AD转换器的输入端电连接；AD转换器与FPGA的输入端电连接，FPGA的输出端通过SMA接口与微型计算机连接；ARM与光开关驱动电路直接电连接、与微型计算机通过RS232接口连接；
MINI SD卡与FPGA电连接。
在优选的实施例中，采集卡电源输入为直流12V/2A，经过转换输出+5V/3A、-5V/0.1A、1.8V/0.1A、3.3V/2A的电源。
在优选的实施例中，AD转换器采用1.8V/0.1A电源供电，差分驱动器、FPGA、ARM和MINI SD卡采用3.3V/2A电源供电。
进一步地，采集卡输出的+5V/3A、-5V/0.1A电源，具体供电情况如下：
可调谐光源、电光调制器、光开关使用+5V/3A供电。
光电转换器使用+5V/3A和-5V/0.1A供电。
在优选的实施例中，差分驱动器采用型号为AD8138的差分驱动器，用于对光电转换模块传输的电信号进行滤波放大，再传输至AD转换器。
在优选的实施例中，AD转换器包括AD9211电路，AD9211电路将经过滤波放大后的电信号转换为数字信号并传输至FPGA；FPGA将接收到的数字信号解调出每个栅区的具体位置，并进行定位，并通过SMA接口传输给微型计算机以及通过RS232接口传输至MINI SD卡。
ARM对微型计算机通过USB接口传输的数字信号进行数据寻峰，并控制光开关驱动电路的通断。
MINI SD卡采用SDRSM同步动态随机存取内存，用于存储FPGA通过RS232接口传输的到的数字信号。
具体的弱光栅串参数如下表1所示，
表1：弱光栅串参数表
根据表1所示的弱光栅串参数，各项的设计指标参数范围如下表2所示：
表2 设计指标参数范围
在优选的实施例中，可调谐光源模块采用型号为GM8050F的可调谐激光光源模块，内置可调谐光源波长范围为1527~1568nm，输出功率为1mw，解调波长分辨率为1pm，精度5pm。
在优选的实施例中，电光调制器采用SOA型电光脉冲调制器，脉冲宽度为10ns，消光比大于23dB，可调谐光源模块输出的连续光波在被测光纤中的传输速度为0.5m/10ns，OTDR模块是测回程的反射光波信号，因此，电光调制器采用脉冲宽度为10ns，可实现对回程的反射光波信号的测量。
在优选的实施例中，光电转换模块包括光电二极管、放大电路，光电二极管、放大电路电连接；光电二极管用于将传输的光信号转换为电信号，转换得到的电信号经过放大电路放大后通过SMA接头送至采集卡。
本实用新型的工作原理为：可调谐光源模块扫描其内置的可调谐光源波长并输出连续光波；电光调制器用于将连续光波调制为脉冲光波；环形器将调制后的脉冲光波经光开关传输至被测光纤，经过被测光纤后得到反射光，并将反射光波传输至光电转换模块；光开关用于光路扩展，对环行器与多路被测光纤之间进行光路切换；光电转换模块将反射光波转换为电信号传输至采集卡。
具体工作步骤如下：
步骤S1，可调谐脉冲光源模块输出连续光波，连续光波经过电光调制器后输出脉冲光波至环形器。
步骤S2，步骤S1经过调制后的脉冲光波经光开关传输至被测光纤，光纤上刻写有上千个栅点，当脉冲光经过栅点的栅区时，在每个栅区处进行能量反射。
步骤S3，反射回来的光能量被OTDR模块的光电转换模块接收，光电转换模块接收反射回来的能量转换为电信号传输至差分驱动器。
步骤S4，经过步骤S3差分驱动器放大后的电信号传输至AD转换器进行转换为数字信号，通过ARM、FPGA解调出每个栅区的具体位置，并进行定位，并将解调出的每个栅区的具体位置传输至微型计算机。
步骤S5，微型计算机同时将每个定位好的栅区的具体位置通过光谱绘制出来，具体如下：
微型计算机在波分技术上的二维度上增加时分技术的应用，即对被测光纤中刻写的弱光栅进行时分光谱测量，实现时域-波长-反射能量的三维度的测量；时域对应于光波播传输的距离，本实用新型能够对被光纤中任意距离点进行光谱测量，同一根光纤上能刻写的弱光栅数量可远远突破40个，在1根30公里测试光纤上可刻写3万个栅点。
步骤S6，上位机根据步骤S5绘制的光谱通过寻峰算法计算出中心波长，将某一位置处的光栅反射回来的中心波长给解调出来。
本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种弱光栅解调仪，包括微型计算机和上位机，所述微型计算机与上位机电连接；其特征在于，还包括可调谐光源模块和OTDR解调模块，所述可调谐光源模块与OTDR解调模块连接，所述OTDR解调模块与微型计算机电连接；
所述OTDR解调模块包括光开关、光开关驱动电路、环形器、电光调制器、光电转换模块和采集卡；
所述环形器包括端口1、端口2和端口3，所述端口1、端口2和端口3均可做输入或输出端口；
所述可调谐光源模块通过电光调制器与环形器的端口1连接，所述环形器的端口2与光开关连接，所述环形器的端口3与光电转换模块的输入端连接；所述光电转换模块的输出端与采集卡电连接；
被测光纤直接接入光开关；
所述光开关驱动电路的输入端与采集卡电连接，输出端与光开关电连接；
所述可调谐光源模块用于扫描其内置的可调谐光源波长并输出连续光波至电光调制器；所述电光调制器用于将连续光波调制为脉冲光波；调制后的脉冲光波通过环形器的端口1输入环形器，再由环形器的端口2输出至光开关，光开关继续将脉冲光波传输至被测光纤，经过被测光纤后得到反射光，反射光由环形器的端口2输入至环形器，经过环形器的端口3输出至光电转换模块；
所述光开关用于光路扩展，所述环形器用于对光开关进行光路扩展后的多路被测光纤之间进行光路切换；所述光电转换模块将反射光波转换为电信号传输至采集卡；
所述采集卡用于收集、处理光电转换模块传输的电信号，并根据传输的电信号进行转换解调出每个栅区的具体位置，并进行定位，并将解调出的每个栅区的具体位置传输至微型计算机，
同时计算弱光栅中心波长，计算得到的中心波长数据传输至微型计算机，微型计算机处理中心波长数据后传输至上位机，上位机将处理后的中心波长数据转化特征信号，实现对被测光纤的实时监测。
2.根据权利要求1所述的一种弱光栅解调仪，其特征在于，所述采集卡采用200M数据双核采集卡，所述200M数据双核采集卡包括差分驱动器、AD转换器、FPGA、ARM、和MINI SD卡；
所述ARM分别与光开关驱动电路、微型计算机连接；
所述差分驱动器的输入端与光电转换模块的输出端电连接，输出端与AD转换器的输入端电连接；
所述AD转换器与FPGA电连接；
所述FPGA的输出端与微型计算机连接；
所述MINI SD卡与FPGA连接。
3.根据权利要求1所述的一种弱光栅解调仪，其特征在于，所述可调谐光源模块采用型号为GM8050F的可调谐激光光源模块。
4.根据权利要求1所述的一种弱光栅解调仪，其特征在于，所述电光调制器采用SOA型电光脉冲调制器。
5.根据权利要求1所述的一种弱光栅解调仪，其特征在于，所述光电转换模块包括APD器件、放大电路。
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| CN202021809005.6U CN212300798U (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种弱光栅解调仪 |
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| CN202021809005.6U CN212300798U (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种弱光栅解调仪 |
Publications (1)
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| CN212300798U true CN212300798U (zh) | 2021-01-05 |
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| CN202021809005.6U Active CN212300798U (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种弱光栅解调仪 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113155165A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-07-23 | 武汉理工大学 | 大容量光纤光栅传感网络的干涉型解调系统及方法 |
| CN116625266A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-08-22 | 交通运输部公路科学研究所 | 基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统和方法 |
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| CN113155165B (zh) * | 2021-05-14 | 2022-07-05 | 武汉理工大学 | 大容量光纤光栅传感网络的干涉型解调系统及方法 |
| CN116625266A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-08-22 | 交通运输部公路科学研究所 | 基于光纤光栅阵列的工程结构分布式应变监测系统和方法 |
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