一種用于分布式光纖傳感系統的脈沖光信號發生裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種信號發生裝置，具體涉及一種用于分布式光纖傳感系統的 脈沖光信號發生裝置。
【背景技術】
[0002] 分布式光纖傳感系統憑借其抗電磁干擾能力強、絕緣性能好、耐腐蝕、易于長距離 傳輸、便于組成智能化網絡、集信息傳感與傳輸于一體以及能夠進行連續分布式測量等顯 著特點引起了廣泛的重視。在輸油管道、橋梁、隧道以及海底光纜等領域有著廣闊的應用前 景。在分布式光纖傳感技術中，首先需要解決的問題便是根據實際傳感光纖的傳輸距離對 連續激光進行調制從而獲得脈寬及重復頻率合適的脈沖光信號作為激勵光在傳感光纖中 傳輸。因此，如何獲取用于分布式光纖傳感系統中的脈沖光成為該技術領域的一個研究熱 點。
[0003] 對于不同傳感距離的分布式光纖傳感系統，其要求使用的脈沖激勵光信號的脈寬 和重復頻率也不同。若脈沖激勵光的脈寬過寬，則會導致分布式光纖傳感系統的空間分 辨率和測量精度降低；而由于受聲子壽命的影響，當注入光纖的單脈沖光信號的脈寬低于 IOns時將會明顯降低傳感系統的傳感距離。因此，根據實際分布式光纖傳感系統的傳感距 離設計合適的脈沖調制信號模塊尤為必要。
[0004] 分布式光纖傳感系統的空間分辨率主要取決于脈沖激勵光信號的脈沖寬度、A/D 轉換設備的處理速度和接收濾波器的帶寬三個因素，在脈沖光的脈寬不變時，同時采用高 速率高精度的A/D轉換器和帶寬合適的接收濾波器可以提高系統的分辨率；當A/D轉換器 的轉換速度足夠快、接收濾波器的帶寬足夠寬時，傳感系統的空間分辨率則由脈沖激勵光 信號的脈寬決定，而脈沖光的脈沖寬度則由脈沖調制信號模塊發出的脈沖調制信號的脈寬 決定。因此，設計產生與分布式光纖傳感系統的傳感距離相匹配的脈沖調制信號對提高傳 感系統的空間分辨率顯得極為重要。
[0006] 在上式中，為脈沖光信號的脈寬決定的系統空間分辨率，u為光在光纖中的傳 播速度，7；為脈沖光的持續時間（即脈寬）。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型的目的在于克服分布式光纖傳感系統中現有技術的不足，提供一種用 于分布式光纖傳感系統的脈沖激勵光信號發生裝置，它具有脈沖光信號的脈寬和重復頻率 可調節控制的優點。
[0008] 本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：一種用于分布式光纖傳感系統 的脈沖光信號發生裝置，主要包括窄線寬激光器、光隔離器、偏振控制器、電光強度調制器 (E0頂)、可調直流電壓源、脈沖調制信號發生模塊、EDFA、光衰減器、光電探測器和多通道示 波器，窄線寬激光器與偏振控制器之間連有光隔離器，窄線寬激光器發出的激光通過光隔 離器后再經過偏振控制器調節為線偏振光；所述的窄線寬激光器發出的激光是連續光，且 其中心波長為1550.0 Onm ;偏振控制器的輸出端與Ε(ΠΜ的光輸入端相連接，EO頂的光輸出 端與EDFA的輸入端相連接，EDFA的輸出端和光衰減器的輸入端連接，光衰減器的輸出端和 光電探測器的光輸入端相連接，光電探測器的輸出端連接到多通道示波器，脈沖調制信號 發生模塊的輸出端與EO頂的射頻信號輸入端相連接，可調直流電壓源連接到EO頂的Bias 端為Ε(ΠΜ提供直流偏置電壓。
[0009] 所述的脈沖調制信號發生模塊包括FPGA開發板、16位D/A轉換器、低通濾波器和 電脈沖信號放大電路，FPGA開發板上被選用的I/O端口分別與16位D/A轉換器的時鐘管 腳、數據管腳、片選管腳、GND管腳一一對應連接，再通過外部直流電壓源為16位D/A轉換 器的VCC端提供工作電壓，D/A轉換器的輸出端和低通濾波器的輸入端相連接，低通濾波器 輸出的電壓信號經過電脈沖信號放大電路放大后通過引線I和II做兩路并行輸出，其中I 引線路直接連接到示波器上顯示，II引線那路再從EO頂的射頻信號輸入端輸入，以便在示 波器上觀察對比脈沖調制信號和經過調制放大及光電轉換后的脈沖信號波形。
[0010] 所述的FPGA開發板上包括晶振時鐘電路和通過Verilog HDL或VHDL硬件描述語 言設計的DDS信號發生模塊、脈沖信號頻率控制電路和脈沖寬度控制電路；所述的DDS信號 發生模塊包括32位相位累加器和ROM波形查找表，32位相位累加器接收輸入的頻率控制字 以及相位累加器本身的輸出返回值，截取相位累加器輸出數據的高18位作為波形存儲表 的取樣地址，通過地址尋址方式從ROM波形存儲表中讀出波形數據，它是利用全數字技術 產生與輸出頻率相對應的波形線性序列，再完成相位到幅度的轉換。
[0011] 脈沖光信號重復頻率的改變可以通過鍵控調節FPGA內部的頻率控制電路改變脈 沖調制信號的輸出頻率來實現。
[0012] 脈沖光信號脈沖寬度的改變可通過鍵控調節FPGA內部設計的脈沖寬度控制電路 改變脈沖調制信號的脈寬來實現。
[0013] 通過調節可調電脈沖信號放大電路的放大倍數來調節和控制電脈沖調制信號的 電壓幅值進而實現調節脈沖光信號的強弱的目的。
[0014] 本實用新型的技術效果是：在FPGA硬件的基礎上采用DDS技術產生的電脈沖調制 信號，不僅可以根據傳感系統的實際需要改變脈沖信號的重復頻率，同時還可根據傳感系 統的實際傳感距離選擇脈寬相匹配的脈沖信號作為調制信號，從而提高系統的空間分辨率 和測量精度。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型結構方框圖。
[0016] 圖2為脈沖調制信號發生模塊結構方框圖。
[0017] 圖3為脈沖調制信號發生模塊在晶振基準時鐘為50MHz時產生的頻率為2KHz，脈 寬為200ns的脈沖調制信號仿真結果圖。
[0018] 圖4為脈沖調制信號發生模塊在晶振基準時鐘為50MHz時產生的頻率為4KHz，脈 寬為IOOns的脈沖調制信號仿真結果圖。
[0019] 圖5為脈沖調制信號發生模塊在晶振基準時鐘為50MHz時產生的頻率為5KHz，脈 寬為60ns的脈沖調制信號仿真結果圖。
[0020] 在圖1和圖2中，1、窄線寬激光器2、光隔離器3、偏振控制器4、電光強度調制器 5、可調直流電壓源6、脈沖調制信號發生模塊7、EDFA 8、光衰減器9、光電探測器10、多 通道示波器11、FPGA開發板12、晶振時鐘電路13、DDS信號發生模塊14、32位相位累加 器15、ROM查找表16、16位D/A轉換器17、低通濾波器18、電脈沖信號放大電路。
[0021] 在圖3~圖5中，elk為晶振時鐘電路輸出