[实用新型]自适应增益均衡型分布式光纤传感光信号接收装置

说明书

技术领域

本实用新型是一种自适应增益均衡型分布式光纤传感光信号接收装置，涉及光纤测量技术领域以及信号处理领域。

背景技术

分布式光纤传感是利用光纤的一维空间连续特性进行传感的技术。光纤既作传感元件，又作传输元件，可以在整个光纤长度上对沿光纤分布的环境参数进行连续测量，同时获得被测量的空间分布状态和随时间变化的信息。由于在光纤中传播的光的相位、强度、及偏振态会受到光纤周围的物理场，比如，温度、压力、振动等的影响，通过检测光的参数，可以还原出这些物理量。该技术在周界安防、航空航天、船舶工业、电力工业、石油化工业和医学等各个领域都有广泛的应用和广阔的前景。

分布式光纤传感技术需要对微弱的背向散射光信号进行接收和处理。传统的处理方法要么传感探测距离长，可达几十公里，但是空间分辨率较低；要么空间分辨率较高，可达5～10米，但传感探测范围仅1～2公里。造成这个问题的原因是因为激光在光线中传输，其强度随着距离成指数衰减，距离越长，光也越弱。而背向散射光又比正向传输的光要小得多，导致在接收端接收到的光能量很小。为了增强激光脉冲的能量，可以增加它的脉宽，但是这样就牺牲了分辨率和灵敏度。

为了解决这个问题，提高分布式光纤传感的探测距离和灵敏度，业内有的采用时间增益控制(TGC)的方法(如《CN200810024484.8宽域全光纤扰动定位信号时间增益控制装置》)，让光接收机的增益随着时间的增加而指数增大，从而实现对呈指数衰减的背向散射光的均衡放大；有的采用将信号强度跟预设阈值比较，信号过强则减小放大倍数，信号过小则增大放大倍数的自动增益控制方法(如《CN201110286454.6宽域全光纤传感系统连续波自适应大动态范围信号处理方法》)。

但是这些方法没有对光电转换器件输出信号的直流偏置进行消除。不消除直流偏置就进行时间增益控制，会使直流电压也被指数放大，导致后级运算放大器或模数转换器饱和，光传感信息被淹没。不消除直流偏置就进行自动增益控制，会导致直流偏置电压也被计入信号强度，使增益控制不正确，损失动态范围。另外，这些方法没有 考虑到系统实际工作，光纤上的背向散射光是被周围环境状况所调制的，并不是干净的指数衰减的信号，而是指数衰减信号和扰动信号的叠加。为了增益均衡，需要对指数衰减信号的数学参数进行提取。只有在没有扰动信号的前提下，数学参数的提取才是准确的。这些方法并没有考虑到扰动信号对增益均衡控制的影响。

实用新型内容

技术问题：本实用新型提供一种实现分布式光纤传感系统的增益自动均衡功能，拓展了系统的空间动态范围，保证了灵敏度在空间范围上的均匀性，同时具有高适应性和稳定性的自适应增益均衡型分布式光纤传感光信号接收装置。

技术方案：本实用新型的自适应增益均衡型分布式光纤传感光信号接收装置，包括前置放大器、主放大器、第一模数转换器、数据平均模块、参数提取模块、增益控制曲线发生器、减法器、增益可控运算放大器、第二模数转换器、扰动判别模块、偏置提取模块、比例积分控制器、第一数模转换器、第二数模转换器。

所述前置放大器的输出接口与主放大器的输入接口连接，主放大器的输出接口同时与第一模数转换器的输入接口和减法器的同相输入端口连接，减法器的输出接口与增益可控运算放大器的信号输入接口连接。

所述第一模数转换器的输出接口与数据平均模块的数据输入接口连接，所述数据平均模块的输出接口与参数提取模块的输入接口连接，所述参数提取模块的输出接口与增益控制曲线发生器的输入接口连接，所述增益控制曲线发生器的输出接口与第二数模转换器的输入接口连接，所述第二数模转换器的输出接口与增益可控运算放大器的增益控制接口相连，所述增益可控运算放大器的输出接口与第二模数转换器的输入接口连接。

所述第二模数转换器的输出接口同时与扰动判别模块的输入接口和偏置提取模块的数据输入接口连接，所述扰动判别模块的输出接口同时与数据平均模块的控制接口和偏置提取模块的控制接口连接，所述偏置提取模块的输出接口与比例积分控制器的输入接口相连，所述比例积分控制器的输出接口与第一数模转换器的输入接口相连，所述第一数模转换器的输出接口与减法器的反相输入端相连。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：