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专利号: 2020106652447
申请人: 吉林大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于ARM的少模光时域反射仪,其特征在于,由脉冲信号发生模块(1)、激光器模块(2)、瑞利散射光测量模块(3)、时间飞行法测量模块(4)、光电探测模块(5)及嵌入式数据处理模块(6)组成,其中,脉冲信号发生模块(1)产生脉冲信号发送给激光器模块(2)与光电探测模块(5),激光器模块(2)根据需要测量的少模光纤参数类型选择向瑞利散射光测量模块(3)或时间飞行法测量模块(4)中注入激光,光电探测模块(5)对瑞利散射光测量模块(3)或时间飞行法测量模块(4)测量到的数据进行采样,最终由嵌入式数据处理模块(6)对数据进行综合分析并显示测量结果。

2.如权利要求1所述的一种基于ARM的少模光时域反射仪,其特征在于,所述脉冲信号发生模块(1)产生信号频率为0.1-100KHz的脉冲信号,脉冲功率为10-40mW,脉冲宽度为10-

1200ns;所述脉冲信号发生模块(1)由FPGA及DAC组成,FPGA通过串口接收来自ARM芯片的控制命令并解析得到相应的幅值、频率、占空比控制字,这些控制字直接作用在基于数字频率合成器(DDS)的FPGA(13)上,从而设定FPGA(13)输出信号的幅度、频率、占空比,然后经过DAC控制模块(14)将两个通道的数据分别经由DAC驱动控制模块(14)写入DAC(15)中,DAC(15)即可输出对应的模拟电压信号。

3.如权利要求1所述的一种基于ARM的少模光时域反射仪,其特征在于,所述FPGA(13)为基于数字频率合成器(DDS)的FPGA(13),所述数字频率合成器(DDS)由相位累加器(131)、ROM(132)、DAC(133)及低通滤波器(134)组成;其中,所述相位累加器(131)由N位加法器与N位寄存器构成,每来一个时钟,加法器就将频率控制字与累加寄存器输出的相位数据相加,相加的结果又反馈至累加寄存器的数据输入端,以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加;这样,相位累加器(131)在时钟作用下,不断对频率控制字进行线性相位累加;即在每一个时钟脉冲输入时,相位累加器(131)便把频率控制字累加一次。

4.如权利要求1所述的一种基于ARM的少模光时域反射仪,其特征在于,所述激光器模块(2)为1550nm窄线宽激光光源配合驱动电路,设置1550nm窄线宽激光光源为外触发模式,接收来自FPGA的电脉冲信号可以输出脉冲宽度可调节,重复频率可调节,脉冲输出(1)功率可调节的光脉冲信号。

5.如权利要求1所述的一种基于ARM的少模光时域反射仪,其特征在于,所述瑞利散射光测量模块(3)包括环形器(32)、光子灯笼(33)及待测少模光纤(34);所述脉冲信号发生模块(1)产生脉冲信号,传输至激光器模块(2),激光器中的电光转换单元完成了电到光的转换,实现了脉冲信号在光信号上的调制;调制后的一束光脉冲信号经过环形器(32)注入光子灯笼(33)的某一个单模接口,不同的单模接口对应激发少模光纤中不同空间模式;单一激发模式光通过光子灯笼(33)的多模接口(334)传输到待测少模光纤(34);待测少模光纤(34)中单一激发模式的光能量会耦合到其他非激发模式中,光在光纤中传播会发生瑞利散射现象,其中激发模式和非激发模式的背向瑞利散射光会沿原路返回至光子灯笼(33)中;

光子灯笼(33)按模式的不同将背向瑞利散射光发送到不同单模接口上,此时光子灯笼的作用是模式解复用,再利用环形器的单向导通特性,背向瑞利散射光会从环形器(32)的2端口(322)输入,3端口(323)发出,因此从光源发送到环形器(32)的光脉冲信号不会影响到背向瑞利散射光;最终由光电探测模块(5)接受从环形器(32)的3端口(323)发出的光信号,再由嵌入式数据处理模块(6)对数据进行分析并进行人机交互。

6.如权利要求1所述的一种基于ARM的少模光时域反射仪,其特征在于,所述时间飞行法测量模块(4)包括分束器(31)、光子灯笼(33)、待测少模光纤(34);脉冲信号发生模块(1)产生脉宽极小的脉冲信号发送给激光器模块(2),激光器模块(2)产生对应的光脉冲信号,由分束器(31)将光脉冲信号平分成两路光脉冲信号,再同时接入光子灯笼(33)的两个单模接口,激发两种模式的光信号同时传输到少模光纤(34)中,此时光子灯笼的作用是模式复用;少模光纤(34)中不同空间模式的折射率存在一定的差异,致使不同空间模式在光纤中的传输速度各不相同,空间模式所承载的信号在少模光纤中传输一段距离后将会产生时延,因此少模光纤的另一端接入光电探测模块(5),将采集到的数据传送给嵌入式数据处理模块(5)计算出两个脉冲的时间差即所求的差分模式群时延。

7.如权利要求(1)所述的一种基于ARM的少模光时域反射仪,其特征在于,所述光电探测模块(5)由光电探测器(52)和高采样率AD采集卡(51)组成,其中高采样率AD采集卡(51)设置为外触发模式,触发通道接收FPGA的电脉冲信号,脉冲信号为高电平时开始采集数据;

当进行故障定位或测量少模光纤的模式耦合、模式相关损耗时,光电探测模块(5)对来自光子灯笼(33)的单模接口的背向瑞利散射信号进行光电转化;当测量少模光纤的差分模式群时延时,光电探测模块(5)对少模光纤(34)末端发送出的光信号进行光电转化。

8.如权利要求1所述的一种基于ARM的少模光时域反射仪,其特征在于,所述嵌入式数据处理模块(6)采用ARM体系架构,由ARM工控板组成,负责数据处理与人机交互;数据处理是指对光电探测模块(5)采集到的数据进行综合分析,当采集到的信号是背向瑞利散射信号时,ARM工控板(61)将采集到的数字信号进行滤波以抵消噪声的影响,经峰值检测判断光纤中可能存在的故障点,分别建立各模式背向散射功率与模式耦合系数、模式损耗之间的数学模型,计算出模式相关损耗、模式耦合;当采集到的信号是由时间飞行法测量模块(4)所测得时,ARM工控板(61)将采集到的数据经峰值检测,计算出少模光纤的差分模式群时延。