本發(fā)明涉及光纜測試裝置，尤其涉及一種基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計。

背景技術：

1、光纜的傳輸特性主要是指光纜的距離損耗特性和總的損耗特性、回波反射等。光纜的故障特性，主要是指光纜接續(xù)時的活動連接器反射損耗、光纜斷點處菲涅爾反射脈沖的距離位置等。這些特性，主要是通過在光纜中注入規(guī)定脈沖寬度的周期性光脈沖進行測試驅動激勵產(chǎn)生反射回波、然后接收反射回波光信號、最后對反射回波光信號進行光電變換和數(shù)字化分析處理而得來。

2、光纖通信系統(tǒng)不僅應用于長途通信主干線，也應用于光纖最后一公里多種應用，如家用和辦公自動化系統(tǒng)等。光時域反射計是測試光纖網(wǎng)絡性能、故障點定位的一種重要測量設備，光時域反射計通過檢測光纖中后向瑞利散射及菲涅爾反射光信號強度與時間的對應關系來實現(xiàn)光纖接頭、損耗、長度、反射率等參數(shù)的測量?，F(xiàn)有技術中的光時域反射計的靈敏度較低，且功耗較高。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題是如何提供一種靈敏度高，測試準確的基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：一種基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計，包括反射回波數(shù)字處理器以及控制模塊，所述反射回波數(shù)字處理器與所述控制模塊之間雙向連接，反射回波數(shù)字處理器處理后的數(shù)據(jù)傳輸給所述控制模塊進行處理和分析，得出光纜的故障位置，并接受所述控制模塊的控制；反射回波數(shù)字處理器中的驅動脈沖產(chǎn)生器的激勵脈沖信號輸出端與激勵光脈沖驅動電路的脈沖信號輸入端連接，所述激勵光脈沖驅動電路的測試激光脈沖輸出端與收發(fā)隔離器的測試信號輸入端連接，所述收發(fā)隔離器的測試信號輸出端與被測光纜的一端連接，所述被測光纜的反射回波信號輸出端與收發(fā)隔離器的反射回波信號輸入端連接，所述收發(fā)隔離器的反射回波信號的輸出端與apd前置放大及光電變換電路的信號輸入端連接，apd前置放大及光電變換電路的信號輸出端依次經(jīng)程控放大模塊以及a/d轉換模塊后與所述反射回波數(shù)字處理器的反射回波信號輸入端連接，apd偏置電路的信號輸出端與所述apd前置放大及光電變換電路的偏置信號輸入端連接，用于為所述apd前置放大及光電變換電路輸入偏置信號。

3、進一步的技術方案在于，所述反射計測試時在反射回波數(shù)字處理器控制下向被測光纜發(fā)送規(guī)定脈沖寬度的周期測試光脈沖，測試光脈沖在光纜傳輸過程中，由于光纜固有的制造缺陷而產(chǎn)生瑞利反射光回波信號，若測試光脈沖遇到故障點，由于故障點折射率發(fā)生變化，測試光脈沖在故障點產(chǎn)生菲涅爾反射光脈沖，菲涅爾反射光脈沖和瑞利反射光回波信號一并回傳至apd前置放大及光電變換電路進行前置放大，然后進行a/d轉換，采樣數(shù)據(jù)處理完成后上傳至控制模塊，由主控程序器對反射回波進行重建和特征分析，依據(jù)反射回波和反射脈沖在光纜的波形特征和傳播時間，計算和顯示光纜損耗情況和故障點位置，實現(xiàn)光纜傳輸特性檢測和故障定位。

4、進一步的技術方案在于，所述激勵光脈沖驅動電路包括電容c2＇，所述電容c2＇的一端為激勵光脈沖驅動電路的脈沖信號輸入端，所述電容c2＇的另一端分為三路，第一路經(jīng)電阻r4＇接地，第二路與場效應管v2＇的柵極連接，第三路與場效應管v3＇的柵極連接，所述場效應管v2＇的源極以及場效應管v3＇的源極接地，所述場效應管v2＇的漏極與所述場效應管v3＇的漏極連接后分為三路，第一路依次經(jīng)電阻r3＇以及電容c1＇接地，第二路與電阻r2＇的一端連接，第三路與電位器rp＇的一端連接；所述電阻r2＇的另一端分為兩路，第一路與電阻r1＇的一端連接，第二路與溫度控制電位器rt＇的一端連接；所述電位器rp＇的另一端、電阻r1＇的另一端以及溫度控制電位器rt＇的另一端相互連接后與單模連續(xù)波激光器v1＇的負極連接，單模連續(xù)波激光器v1＇的正極與電源vcc連接，所述單模連續(xù)波激光器v1＇輸出光脈沖信號。

5、進一步的技術方案在于，所述apd偏置電路包括max1932型芯片u1，所述u1的1腳與電阻r12的一端連接，電阻r12的另一端為時鐘信號輸入端；所述u1的2腳與電阻r13的一端連接，電阻r13的另一端為數(shù)據(jù)信號輸入端；所述u1的12腳與電阻r11的一端連接，電阻r11的另一端為片選信號輸入端；所述u1的ep引腳接地；所述u1的8腳依次經(jīng)電阻r9以及電容c6接地，所述電阻r9與電容c6的結點與電阻r10的一端連接，電阻r10的另一端與二極管v3的正極連接，所述u1的9腳與所述二極管v3的負極連接后作為所述偏置電路的過流報警信號輸出端；所述u1的6腳與電阻r7的一端連接，所述電阻r7的另一端分為五路，第一路與電阻r8的一端連接，第二路與所述u1的7腳連接，第三路與電阻r3的一端連接，第四路與電阻r4的一端連接，第五路與電阻r5的一端連接；所述電阻r8的另一端為偏置電壓監(jiān)測信號輸出端，所述電阻r3的另一端與電容c4的一端連接，電容c4的另一端分為兩路，第一路與所述u1的5腳連接，第二路與電阻r4的另一端連接；電阻r5的另一端分為兩路，第一路依次經(jīng)電位器rp以及電阻r6后接地，第二路經(jīng)溫度控制電位器rt接地；所述u1的10腳與場效應管v2的柵極連接，所述場效應管v2的源極接地，所述場效應管v2的漏極分為兩路，第一路與電感l(wèi)1的一端連接，第二路與二極管v1的正極連接，所述電感l(wèi)1的另一端分為四路，第一路與所述u1的11腳連接，第二路與電源vcc連接，第三路經(jīng)電容c1接地，第四路經(jīng)電容c2接地；所述二極管v1的負極分為四路，第一路經(jīng)電容c3接地，第二路經(jīng)電阻r1接地，第三路與所述u1的4腳連接，第四路與電阻r2的一端連接；所述電阻r2的另一端分為四路，第一路接電阻r4與電容c4的結點，第二路經(jīng)電容c5接地，第三路經(jīng)單模連續(xù)波激光器v4接地，第四路為所述偏置電路的偏置電壓輸出端。

6、采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本申請所述反射計在工作時，首先在反射回波數(shù)字處理器控制下，激勵光脈沖驅動電路向光纜發(fā)送規(guī)定脈沖寬度的周期測試光脈沖，測試光脈沖在光纜傳輸過程中，由于光纜固有的制造缺陷(生產(chǎn)光纜時在光纜中出現(xiàn)的水波紋、微小氣泡、雜質(zhì)等)而產(chǎn)生瑞利反射光回波信號，若測試光脈沖遇到故障點，如光纜接續(xù)不良出現(xiàn)反射損耗、光纜斷開，或光纜出現(xiàn)彎曲，由于故障點折射率發(fā)生變化，測試光脈沖在故障點產(chǎn)生菲涅爾反射光脈沖，菲涅爾反射光脈沖和瑞利反射光回波信號一并回傳至測試儀的apd前置放大及光電變換電路進行前置高靈敏度放大，然后進行數(shù)字化處理，這些數(shù)字化處理由反射回波數(shù)字處理器完成，包括取樣控制和a/d轉換控制、信噪比增強以及濾波等，采樣數(shù)據(jù)處理完成后上傳至光時域反射計的控制模塊，由主控程序器對反射回波進行重建和特征分析，依據(jù)反射回波和反射脈沖在光纜的波形特征和傳播時間，計算和顯示光纜損耗情況和故障點位置，從而實現(xiàn)光纜傳輸特性檢測和故障定位。本申請所述反射計具有靈敏度高，功耗低，測試準確等優(yōu)點。

技術特征：

1.一種基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計，其特征在于：包括反射回波數(shù)字處理器以及控制模塊，所述反射回波數(shù)字處理器與所述控制模塊之間雙向連接，反射回波數(shù)字處理器處理后的數(shù)據(jù)傳輸給所述控制模塊進行處理和分析，得出光纜的故障位置，并接受所述控制模塊的控制；反射回波數(shù)字處理器中的驅動脈沖產(chǎn)生器的激勵脈沖信號輸出端與激勵光脈沖驅動電路的脈沖信號輸入端連接，所述激勵光脈沖驅動電路的測試激光脈沖輸出端與收發(fā)隔離器的測試信號輸入端連接，所述收發(fā)隔離器的測試信號輸出端與被測光纜的一端連接，所述被測光纜的反射回波信號輸出端與收發(fā)隔離器的反射回波信號輸入端連接，所述收發(fā)隔離器的反射回波信號的輸出端與apd前置放大及光電變換電路的信號輸入端連接，apd前置放大及光電變換電路的信號輸出端依次經(jīng)程控放大模塊以及a/d轉換模塊后與所述反射回波數(shù)字處理器的反射回波信號輸入端連接，apd偏置電路的信號輸出端與所述apd前置放大及光電變換電路的偏置信號輸入端連接，用于為所述apd前置放大及光電變換電路輸入偏置信號。

2.如權利要求1所述的基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計，其特征在于：所述反射計測試時在反射回波數(shù)字處理器控制下向被測光纜發(fā)送規(guī)定脈沖寬度的周期測試光脈沖，測試光脈沖在光纜傳輸過程中，由于光纜固有的制造缺陷而產(chǎn)生瑞利反射光回波信號，若測試光脈沖遇到故障點，由于故障點折射率發(fā)生變化，測試光脈沖在故障點產(chǎn)生菲涅爾反射光脈沖，菲涅爾反射光脈沖和瑞利反射光回波信號一并回傳至apd前置放大及光電變換電路進行前置放大，然后進行a/d轉換，采樣數(shù)據(jù)處理完成后上傳至控制模塊，由主控程序器對反射回波進行重建和特征分析，依據(jù)反射回波和反射脈沖在光纜的波形特征和傳播時間，計算和顯示光纜損耗情況和故障點位置，實現(xiàn)光纜傳輸特性檢測和故障定位。

3.如權利要求1所述的基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計，其特征在于：所述激勵光脈沖驅動電路包括電容c2＇，所述電容c2＇的一端為激勵光脈沖驅動電路的脈沖信號輸入端，所述電容c2＇的另一端分為三路，第一路經(jīng)電阻r4＇接地，第二路與場效應管v2＇的柵極連接，第三路與場效應管v3＇的柵極連接，所述場效應管v2＇的源極以及場效應管v3＇的源極接地，所述場效應管v2＇的漏極與所述場效應管v3＇的漏極連接后分為三路，第一路依次經(jīng)電阻r3＇以及電容c1＇接地，第二路與電阻r2＇的一端連接，第三路與電位器rp＇的一端連接；所述電阻r2＇的另一端分為兩路，第一路與電阻r1＇的一端連接，第二路與溫度控制電位器rt＇的一端連接；所述電位器rp＇的另一端、電阻r1＇的另一端以及溫度控制電位器rt＇的另一端相互連接后與單模連續(xù)波激光器v1＇的負極連接，單模連續(xù)波激光器v1＇的正極與電源vcc連接，所述單模連續(xù)波激光器v1＇輸出光脈沖信號。

4.如權利要求3所述的基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計，其特征在于：所述激勵光脈沖驅動電路的工作電流根據(jù)下式進行計算：

5.如權利要求1所述的基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計，其特征在于：所述apd偏置電路包括max1932型芯片u1，所述u1的1腳與電阻r12的一端連接，電阻r12的另一端為時鐘信號輸入端；所述u1的2腳與電阻r13的一端連接，電阻r13的另一端為數(shù)據(jù)信號輸入端；所述u1的12腳與電阻r11的一端連接，電阻r11的另一端為片選信號輸入端；所述u1的ep引腳接地；所述u1的8腳依次經(jīng)電阻r9以及電容c6接地，所述電阻r9與電容c6的結點與電阻r10的一端連接，電阻r10的另一端與二極管v3的正極連接，所述u1的9腳與所述二極管v3的負極連接后作為所述偏置電路的過流報警信號輸出端；所述u1的6腳與電阻r7的一端連接，所述電阻r7的另一端分為五路，第一路與電阻r8的一端連接，第二路與所述u1的7腳連接，第三路與電阻r3的一端連接，第四路與電阻r4的一端連接，第五路與電阻r5的一端連接；所述電阻r8的另一端為偏置電壓監(jiān)測信號輸出端，所述電阻r3的另一端與電容c4的一端連接，電容c4的另一端分為兩路，第一路與所述u1的5腳連接，第二路與電阻r4的另一端連接；電阻r5的另一端分為兩路，第一路依次經(jīng)電位器rp以及電阻r6后接地，第二路經(jīng)溫度控制電位器rt接地；所述u1的10腳與場效應管v2的柵極連接，所述場效應管v2的源極接地，所述場效應管v2的漏極分為兩路，第一路與電感l(wèi)1的一端連接，第二路與二極管v1的正極連接，所述電感l(wèi)1的另一端分為四路，第一路與所述u1的11腳連接，第二路與電源vcc連接，第三路經(jīng)電容c1接地，第四路經(jīng)電容c2接地；所述二極管v1的負極分為四路，第一路經(jīng)電容c3接地，第二路經(jīng)電阻r1接地，第三路與所述u1的4腳連接，第四路與電阻r2的一端連接；所述電阻r2的另一端分為四路，第一路接電阻r4與電容c4的結點，第二路經(jīng)電容c5接地，第三路經(jīng)單模連續(xù)波激光器v4接地，第四路為所述偏置電路的偏置電壓輸出端。

6.如權利要求5所述的基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計，其特征在于：apd雪崩二極管的高增益偏置電壓隨溫度變化時溫度補償?shù)目刂埔罁?jù)如下式所示：

7.如權利要求5所述的基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計，其特征在于：所述apd雪崩二極管的偏置電壓由輸出分壓電路獲得：

8.如權利要求1所述的基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計，其特征在于：所述控制模塊通過如下方法識別反射回波信號的線性區(qū)起始位置：

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于高增益光脈沖收發(fā)的光時域反射計，涉及光纜測試裝置技術領域。所述反射計包括反射回波數(shù)字處理器以及控制模塊，所述反射回波數(shù)字處理器與所述控制模塊之間雙向連接；反射回波數(shù)字處理器中的驅動脈沖產(chǎn)生器的激勵脈沖信號輸出端與激勵光脈沖驅動電路的脈沖信號輸入端連接，所述激勵光脈沖驅動電路的測試激光脈沖輸出端與收發(fā)隔離器的測試信號輸入端連接，所述收發(fā)隔離器的測試信號輸出端與被測光纜的一端連接，所述被測光纜的反射回波信號輸出端與收發(fā)隔離器的反射回波信號輸入端連接，所述收發(fā)隔離器的反射回波信號的輸出端與APD前置放大及光電變換電路的信號輸入端連接，APD偏置電路的信號輸出端與所述APD前置放大及光電變換電路的偏置信號輸入端連接。所述反射計具有靈敏度高，測試準確等優(yōu)點。

技術研發(fā)人員：周順,左劍,俞石云,楊海濤,劉斌,施偉,胡永揚
受保護的技術使用者：中國人民解放軍國防科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6