后向散射光分布式放大裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型揭示了一種后向散射光分布式放大裝置，接收后向瑞利散射光信號的光電探測器的輸入端與光纖連接，信號放大器的輸入端與所述光電探測器的輸出端連接，所述信號放大器的輸出端與輸出信號接口連接，所說的信號放大器的控制端連接增益控制器的輸出端，所述增益控制器的其中一個輸入端與緩沖器的輸出端連接，另一個輸入端與參數(shù)調節(jié)器的輸出端連接，所述的緩沖器的輸入端與增益控制同步信號接口連接。本實用新型裝置提高了末端信號的放大系數(shù)降低了前端信號的放大系數(shù)，提高了末端信號的質量，從而增大了系統(tǒng)的測量距離，同時使得前端和末端信號的幅度保持一致。
【專利說明】后向散射光分布式放大裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及后向散射光分布式放大裝置，尤其涉及一種用于分布式光纖振動傳感系統(tǒng)后向散射信號放大的裝置。
【背景技術】
[0002]分布式光纖振動傳感系統(tǒng)主要用于交通、電力、煤礦、石化等行業(yè)，其作用是對這些重要的場所進行實時監(jiān)控。它對與保證工業(yè)系統(tǒng)設備正常運行，保障生命和財產的安全起著重要的作用。
[0003]現(xiàn)有的分布式光纖振動傳感系統(tǒng)是由激光器、脈沖調制器、同步控制器、光纖放大器、環(huán)形器、濾光器、光電探測器、信號放大器、數(shù)據采集器和計算機組成。其工作原理為:激光器連續(xù)不斷地向傳感光纖中發(fā)射脈沖光，激光在光纖中傳輸過程中會發(fā)生后向散射，通過環(huán)形器和分光器將后向散射光中的瑞利光譜分離出來，再經過光電轉換和信號放大處理后進行數(shù)據采集，然后再將采集到的數(shù)據送往數(shù)據處理器計算機進行處理計算，最終得出整條振動曲線數(shù)據。
[0004]在分布式光纖振動傳感系統(tǒng)中，信號放大裝置是非常重要的一個部分。由于后向散射光信號很弱，同時分布式光纖振動傳感系統(tǒng)一般測量距離都要達到數(shù)十公里。因此，數(shù)十公里末端返回來的信號非常弱，不采用放大技術手段是無法測量到我們所需要的結果的?，F(xiàn)有的放大方法是采用相同的放大系數(shù)對整條瑞利后向散射曲線進行放大。但由于瑞利后向散射曲線的分布式成指數(shù)衰減的，即前端的信號強后端的信號弱。因此，現(xiàn)有的方法存在如下的缺陷和不足:1.放大系數(shù)大會導致曲線前段信號飽和失真，使得測量結果出錯；2.放大系數(shù)小會導致曲線末端信號放大不夠，使得末端信號質量差，最終導致測量結果誤差大；3.曲線末端振動信號弱，從而降低了系統(tǒng)的測量距離；4.振動信號的振動幅度不一致，曲線前端信號振動幅度大，曲線末端信號振動幅度小。所以，仍然需要對現(xiàn)有分布式光纖傳感系統(tǒng)的放大裝置進行進一步改進。
實用新型內容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是實現(xiàn)一種可以根據后向散射曲線的位置分布，分時對不同的位置使用不同的放大系數(shù)進行放大的放大裝置及其控制方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案為一種后向散射光分布式放大裝置，接收后向瑞利散射光信號的光電探測器的輸入端與光纖連接，信號放大器的輸入端與所述光電探測器的輸出端連接，所述信號放大器的輸出端與輸出信號接口連接，所說的信號放大器的控制端連接增益控制器的輸出端，所述增益控制器的其中一個輸入端與緩沖器的輸出端連接，另一個輸入端與參數(shù)調節(jié)器的輸出端連接，所述的緩沖器的輸入端與增益控制同步信號接口連接。
[0007]所述的光電探測器采用將瑞利后向散射光信號轉換電信號的高靈敏度Aro雪崩二極管；所述的增益控制器是采用FPGA作為核心運算單元；所述的信號放大器是采用增益可調信號放大器；所述的輸出信號接口和增益控制同步信號接口采用采用SMA接口，所述的參數(shù)調節(jié)器是采用8位撥碼開關模塊。
[0008]本實用新型與傳統(tǒng)的信號放大裝置相比具有如下優(yōu)點和積極效果:
[0009]1、消除了放大系數(shù)大時導致的曲線前段信號飽和失真，從而消除了由于信號失真導致的測量結果的錯誤；
[0010]2、提高了曲線末端信號的放大系數(shù)，提高了末端信號的質量，從而使得測量結果更加準確；
[0011]3、提高了曲線末端信號的信噪比，從而提高了系統(tǒng)的測量距離；
[0012]4、整條曲線的振動幅度一致，降低了后期振動事件識別的技術難度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面對本實用新型說明書中每幅附圖表達的內容及圖中的標記作簡要說明:
[0014]圖1為后向散射光分布式放大裝置系統(tǒng)框圖；
[0015]圖2為冋步脈沖和放大系數(shù)調節(jié)脈沖不意圖；
[0016]上述圖中的標記均為:1、光電探測器；2信號放大器；3、輸出信號接口 ；4、增益控制同步信號接口 ；5、緩沖器；6、增益控制器；7、參數(shù)調節(jié)器。
【具體實施方式】
[0017]本實用新型是一種后向散射光分布式放大裝置，該裝置根據后向散射曲線的位置分布，分時對不同的位置使用不同的放大系數(shù)進行放大，消除了曲線前段的放大飽和現(xiàn)象，同時增加了曲線末端信號的放大倍數(shù)，提高了曲線末端信號的質量，同時，通過分時對不同的位置使用不同的放大系數(shù)進行放大，實現(xiàn)了曲線前端信號和末端信號的振動幅度保持一致。
[0018]參見圖1可知，該裝置包括光電探測器1、信號放大器2、輸出信號接口 3、增益控制同步信號接口 4、緩沖器5、增益控制器6、參數(shù)調節(jié)器7，光電探測器I將后向瑞利散射光信號轉換電信號，經過信號放大器2放大后由輸出信號接口 3輸出，信號放大器2的放大系數(shù)由增益控制器6控制，隨時間變化進行調節(jié)，增益控制器6通過增益控制同步信號接口 4和緩沖器5接收來自系統(tǒng)的同步脈沖信號，增益控制器6根據同步脈沖信號的同步時刻點，產生連續(xù)的脈沖寬度為IOns的脈沖信號，并對每一個IOns脈沖時刻內賦予不同的放大系數(shù)，用于控制信號放大器2的放大系數(shù)。
[0019]增益控制器6從參數(shù)調節(jié)器7中讀取參數(shù)數(shù)據，參數(shù)調節(jié)器7是8位撥碼開關，其中高位用于光纖衰減參數(shù)設置，低位用于光纖長度設置；光電探測器I采用高靈敏度APD雪崩二極管來探測瑞利后向散射光信號，將光信號轉換電信號；信號放大器2采用增益可調信號放大器2，優(yōu)選德州儀器公司的VCA824放大模塊實現(xiàn)的；輸出信號接口 3和增益控制同步信號接口 4均采用SMA接口，SMA接口可有效隔離外界干擾信號對系統(tǒng)的影響；緩沖器5是采用德州儀器公司的⑶4502BE緩沖器5模塊；增益控制器6采用FPGA作為核心運算單元，優(yōu)選Xilinx公司的高速FPGA來實現(xiàn)的。
[0020]基于上述后向散射光分布式放大裝置的控制方法如下:
[0021]步驟1、系統(tǒng)同步控制器通過增益控制同步信號接口 4和緩沖器5向增益控制器6發(fā)送同步信號；
[0022]步驟2、增益控制器6根據同步信號的同步時間點，隨時間變化賦予信號放大器2不同的放大系數(shù)；
[0023]步驟3、信號放大器2根據增益控制器6傳送來的放大系數(shù)參數(shù)，對整條瑞利后向散射曲線進行分時放大；
[0024]步驟4、被放大后的信號經輸出信號接口 3輸送給系統(tǒng)的采集裝置中。
[0025]如圖2所示，步驟2中當增益控制器6接收到同步脈沖信號后，根據同步脈沖信號的同步時刻點，產生連續(xù)的脈沖寬度為IOns的脈沖信號，并對每一個IOns脈沖時刻內賦予不同的放大系數(shù)，用于控制信號放大器2的放大系數(shù)。步驟2中當增益控制器6接收到同步脈沖后，從同步信號的同步時刻開始每IOns (納秒)產生一個指數(shù)計算結果，計算公式:y=k* α η。根據光在光纖中的傳輸速度2*108m/s (米/秒),則IOns的脈沖寬度相當于I米的光纖長度。計算公式中:y為放大系數(shù)計算結果，k為線性放大倍數(shù)，k為一個固定的值，α為光纖的每米衰減系數(shù)(即第一點與下一點的功率比)，計算方法如下:
[0026]假設光纖衰減為0.15dB/km, P1、P2分別為第I米處和第2米處的光功率，則計算公式為:
[0027]101g(Pl)-101g(P2)=0.15dB/1000=0.00015dB
[0028]=>101g(Pl/P2)=0.00015dB
[0029]=>Ρ1/Ρ2=10°.000015=1.0000345
[0030]由于后向散射光的衰減是來回雙向的，當光纖衰減為0.15dB/km時，α的值為:α =102*°.000015=1.00006908。
[0031 ] 步驟3中，獲得分時放大結果方法與步驟2相同，根據所使用的放大器的放大系數(shù)和輸入控制電壓進行控制，本實用新型中增益控制器6可計算出某一米的放大倍數(shù)后就會根據放大器的對應關系輸出一個控制電壓來控制。
[0032]上面結合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本實用新型的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.后向散射光分布式放大裝置，接收后向瑞利散射光信號的光電探測器的輸入端與光纖連接，信號放大器的輸入端與所述光電探測器的輸出端連接，所述信號放大器的輸出端與輸出信號接口連接，其特征在于:所說的信號放大器的控制端連接增益控制器的輸出端，所述增益控制器的其中一個輸入端與緩沖器的輸出端連接，另一個輸入端與參數(shù)調節(jié)器的輸出端連接，所述的緩沖器的輸入端與增益控制同步信號接口連接。
2.根據權利要求1所述的后向散射光分布式放大裝置，其特征在于:所述的光電探測器采用將瑞利后向散射光信號轉換電信號的高靈敏度APD雪崩二極管；所述的增益控制器是采用FPGA作為核心運算單元；所述的信號放大器是采用增益可調信號放大器；所述的輸出信號接口和增益控制同步信號接口采用采用SMA接口，所述的參數(shù)調節(jié)器是采用8位撥碼開關模塊。
【文檔編號】G01H9/00GK203745075SQ201420090709
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月1日 優(yōu)先權日:2014年3月1日
【發(fā)明者】周正仙, 袁揚勝, 余瑞蘭, 周瑞 申請人:安徽師范大學