[实用新型]一种用于分布式光纤传感系统的脉冲光信号发生装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种信号发生装置,具体涉及一种用于分布式光纤传感系统的脉冲光信号发生装置。

背景技术

分布式光纤传感系统凭借其抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、耐腐蚀、易于长距离传输、便于组成智能化网络、集信息传感与传输于一体以及能够进行连续分布式测量等显著特点引起了广泛的重视。在输油管道、桥梁、隧道以及海底光缆等领域有着广阔的应用前景。在分布式光纤传感技术中，首先需要解决的问题便是根据实际传感光纤的传输距离对连续激光进行调制从而获得脉宽及重复频率合适的脉冲光信号作为激励光在传感光纤中传输。因此，如何获取用于分布式光纤传感系统中的脉冲光成为该技术领域的一个研究热点。

对于不同传感距离的分布式光纤传感系统，其要求使用的脉冲激励光信号的脉宽和重复频率也不同。若脉冲激励光的脉宽过宽，则会导致分布式光纤传感系统的空间分辨率和测量精度降低；而由于受声子寿命的影响，当注入光纤的单脉冲光信号的脉宽低于10ns时将会明显降低传感系统的传感距离。因此，根据实际分布式光纤传感系统的传感距离设计合适的脉冲调制信号模块尤为必要。

分布式光纤传感系统的空间分辨率主要取决于脉冲激励光信号的脉冲宽度、A/D转换设备的处理速度和接收滤波器的带宽三个因素，在脉冲光的脉宽不变时，同时采用高速率高精度的A/D转换器和带宽合适的接收滤波器可以提高系统的分辨率；当A/D转换器的转换速度足够快、接收滤波器的带宽足够宽时，传感系统的空间分辨率则由脉冲激励光信号的脉宽决定，而脉冲光的脉冲宽度则由脉冲调制信号模块发出的脉冲调制信号的脉宽决定。因此，设计产生与分布式光纤传感系统的传感距离相匹配的脉冲调制信号对提高传感系统的空间分辨率显得极为重要。

（公式1）

在上式中，为脉冲光信号的脉宽决定的系统空间分辨率，为光在光纤中的传播速度，T_p为脉冲光的持续时间(即脉宽)。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服分布式光纤传感系统中现有技术的不足，提供一种用于分布式光纤传感系统的脉冲激励光信号发生装置，它具有脉冲光信号的脉宽和重复频率可调节控制的优点。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于分布式光纤传感系统的脉冲光信号发生装置，主要包括窄线宽激光器、光隔离器、偏振控制器、电光强度调制器(EOIM)、可调直流电压源、脉冲调制信号发生模块、EDFA、光衰减器、光电探测器和多通道示波器，窄线宽激光器与偏振控制器之间连有光隔离器，窄线宽激光器发出的激光通过光隔离器后再经过偏振控制器调节为线偏振光；所述的窄线宽激光器发出的激光是连续光，且其中心波长为1550.00nm；偏振控制器的输出端与EOIM的光输入端相连接，EOIM的光输出端与EDFA的输入端相连接，EDFA的输出端和光衰减器的输入端连接，光衰减器的输出端和光电探测器的光输入端相连接，光电探测器的输出端连接到多通道示波器，脉冲调制信号发生模块的输出端与EOIM的射频信号输入端相连接，可调直流电压源连接到EOIM的Bias端为EOIM提供直流偏置电压。

所述的脉冲调制信号发生模块包括FPGA开发板、16位D/A转换器、低通滤波器和电脉冲信号放大电路，FPGA开发板上被选用的I/O端口分别与16位D/A转换器的时钟管脚、数据管脚、片选管脚、GND管脚一一对应连接，再通过外部直流电压源为16位D/A转换器的VCC端提供工作电压，D/A转换器的输出端和低通滤波器的输入端相连接，低通滤波器输出的电压信号经过电脉冲信号放大电路放大后通过引线Ⅰ和Ⅱ做两路并行输出，其中Ⅰ引线路直接连接到示波器上显示，Ⅱ引线那路再从EOIM的射频信号输入端输入，以便在示波器上观察对比脉冲调制信号和经过调制放大及光电转换后的脉冲信号波形。

所述的FPGA开发板上包括晶振时钟电路和通过VerilogHDL或VHDL硬件描述语言设计的DDS信号发生模块、脉冲信号频率控制电路和脉冲宽度控制电路；所述的DDS信号发生模块包括32位相位累加器和ROM波形查找表，32位相位累加器接收输入的频率控制字以及相位累加器本身的输出返回值，截取相位累加器输出数据的高18位作为波形存储表的取样地址，通过地址寻址方式从ROM波形存储表中读出波形数据，它是利用全数字技术产生与输出频率相对应的波形线性序列，再完成相位到幅度的转换。

脉冲光信号重复频率的改变可以通过键控调节FPGA内部的频率控制电路改变脉冲调制信号的输出频率来实现。