时分复用fbg传感网络的相移脉冲产生装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤光栅传感网络领域，尤其涉及一种时分复用FBG传感网络的相移脉冲产生方法，可实现时分复用FBG检测或者调制解调系统的光开关电信号的控制。
【背景技术】
[0002]弱光纤光栅传感网络的优势在于串扰小、复用能力强和性价比高等优势，有望在油田、隧道、楼宇健康监测等恶劣环境中实现准分布式检测。目前，“光栅在线刻写”技术能在光纤拉制过程中间隔一定距离自动刻写光栅阵列。这个技术不但避免了传统光栅熔接成阵列时的接点损耗，而且光栅的空间分布密集度、传感器阵列的容量都有了质的提升。所以对于时分复用FBG的检测或者传感网络系统就提出来更高的要求。时分复用技术利用传感器的反射信号在时域上的间隔特性，能有效地抑制光栅的串扰和灵活监控每个传感器的状态，是时分复用FBG传感系统中行之有效的一种应用方法。在时分复用系统中，每个传感光栅都有不同的延时，控制光脉冲进出光栅阵列的高速光开关的信号发生器直接影响到监控系统的测量精度和性能。因此，研宄时分复用FBG传感网络的相移脉冲产生方法很有必要。
[0003]文献 “An interrogat1n system for a sensor array with 1310nm bandultra-weak fiber Bragg gratings”(Optical Engineer, J.)提出了一种利用两个 SOA 高速光电开关实现时分复用FBG传感网络的调制和解调系统。在调制模块中，一个SOA高速光电开关与小宽带光源连接，对光源信号进行调制和放大；另一个SOA高速光电开关在取样模块中对从环行器输出的经光栅反射回来的光脉冲进行选择和分离，完成解调功能。相位延时不同的两路周期性电脉冲信号来控制这两个SOA高速光电开关。这个延时就对应于光栅和环行器距离的两倍光程。由于该系统采用的是商用的信号发生器，系统只能手动控制产生光脉冲控制信号，不具备在线控制扫描光栅阵列、自动循环扫描等功能，严重阻碍了系统的产品化进程。另外，商用信号发生器只能产生纳秒级的脉冲延时，在精度上也满足不了系统日益增长的性能需求。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于:针对现有时分复用时分复用FBG传感网络系统中无法在线自动产生目标光脉冲控制信号的问题，提供一种时分复用FBG传感网络的相移脉冲产生装置，该装置可实现时分复用FBG传感器全自动定位、存储，并且脉冲的脉宽、周期等参数完全可在线重配的皮秒级相位延时脉冲。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]本发明提供的时分复用FBG传感网络的相移脉冲产生装置，其结构是:高精度相位移动电脉冲信号控制光信号选择传感网络上的FBG，完成大规模光纤光栅时分复用，包括以电信号相连的配置信息解析单元、脉宽信息单元、脉宽周期信息单元、第一级时延控制单元、第二级时延控制单元、脉冲控制单元、光栅位置信息存储控制单元、0SERDES并串转换单
J L.ο
[0007]所述的配置信息解析单元，用于和上位机通讯并获取脉冲配置信息，该单元解析完毕的脉宽由脉宽信息单元存储，该单元由包括USB、网口、串口控制逻辑和ASCII码私有配置协议组成，由FPGA逻辑实现。
[0008]所述的脉宽信息单元用于存储目标脉宽信息，由FPGA分布式RAM组成。
[0009]所述的脉冲控制单元用于控制和管理BRAM，由FPGA逻辑组成。
[0010]所述的脉宽周期信息单元由FPGA内部分布式RAM组成，用于存储经配置信息解析单元解析完毕的脉冲周期。
[0011]所述第一级时延信息单元，用于存储经配置信息解析单元解析完毕的第一级时延，该第一级时延信息单元由FPGA内部分布式RAM组成；所述第二级时延信息单元为ODELAY第二级时延信息单元，用于存储经配置信息解析单元解析完毕的第二级时延，该单元由FPGA内部分别式RAM组成。
[0012]所述的OSERDES并串转换单元由FPGA内部1专用并串转换器0SERDES原语组成，一个OSERDES原语可以完成一个4:1的串并转换。
[0013]所述的光栅位置信息存储控制单元，用于产生脉冲信号，该单元由脉冲控制逻辑和FPGA内部BRAM阵列组成。
[0014]本发明提供的上述时分复用FBG传感网络的相移脉冲产生装置，其在实现时分复用FBG检测或者调制解调系统的光开关电信号的控制中的应用。
[0015]本发明装置应用时，采用以下步骤实现时分复用FBG检测或者调制解调系统的光开关电信号的控制:
[0016](I)上位机通过USB或者网口或者串口配置脉宽信息、脉宽周期信息、第一级时延、第二级时延；
[0017](2)依据步骤(I)所设置，产生两路延时脉冲信号，控制两路SOA的开关时间；这个延时时间对应于光在传感网络上的不同位置FBG的一次往返反射光程差，从而每个单独的FBG的反射信号就被送到CCD解调，而其他FBG的同阶反射信号就会被过滤。
[0018]本发明与现有技术相比具有以下主要的优点:
[0019]1.能产生高精度的时延周期脉冲，控制SOA高速光开关分离并放大时分复用FBG阵列中的单个光栅的反射信号，同时准确定位单个光栅相对于环行器的准确空间位置。
[0020]2.能在线光栅位置的自动扫描、存储；灵活获取任意单个光栅的状态；针对不同光栅阵列在线配置不同的扫描周期和脉宽。
[0021]3.手动灵活操作单个光栅，进行光栅的在线检测，包括检测单个光栅的反射率，检查光栅铺设质量，分析光栅阵列或成缆光栅上的各种故障，并定位故障的位置。
[0022]4.经过简单复制，就可以产生多路时延脉冲对，可以直接应用于大规模空分复用系统，为实现大规模或超大规模的时分复用FBG传感网络系统产业化奠定了坚实的基础。
[0023]5.为大规模光栅阵列在线刻写工艺参数的监控，或野外施工质量的检查，以及时分复用FBG传感系统产业化迈开了关键的一步。
[0024]总之，本发明解决了时分复用FBG传感网络的商用信号发生器不能自动扫描光纤光栅阵列的问题，而且大大提高了脉冲相移精度，成本低，集成度高，系统结构简单，可靠性好，可方便进行空分多路光栅阵列扩展。
【附图说明】
[0025]图1为本发明的基于Xilinx FPGA的时分复用光栅传感网络的相位延时脉冲产生方法的结构框图。
[0026]图2为本发明相位延时脉冲产生方法的初始化光栅阵列自动扫描模式示意图。
[0027]图3为本发明相位延时脉冲产生方法的正常工作模式示意图。
[0028]图4为本发明相位延时脉冲产生方法的单个光栅调试/状态查询模式示意图。
[0029]图5为本发明较佳实施案例的功能结构图。
[0030]图6为本发明的应用系统框图。
【具体实施方式】
[0031]本发明公开了一种时分复用FBG传感网络的相移脉冲产生装置，该装置采用两级时延控制单元，能产生多路周期、脉宽可实时重配置的高精度延时脉冲控制光通路信号。第一级时延控制单元通过把脉冲波形映射到BRAM中完成，读出BRAM中的数据，串并转换到I/O接口 ；此级的精度最高达到0.625纳秒；第二级时延控制单元的精度为单步长78皮秒/52皮秒，共32阶可调，调节总时延为2.496纳秒/1.664纳秒。
[0032]以下结合实施例及附图，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0033]本实施例提供的时分复用FBG传感网络的相移脉冲产生装置，是一种基于XilinxFPGA的Virtex6系列和7系列而设计为高精度时延可调、脉冲周期和脉宽可重配的高速光开关控制的装置，该装置既适用于单个光栅的检测，也适用于具有大规模的时分复用FBG阵列，其结构如图1所示，包括上位机，以及以电信号相连的配置信息解析单元、脉宽信息单元、脉冲周期信息单元、第一级时延控制单元、第二级时延控制单元、脉冲控制单元、光栅位置信息存储控制单元、OSERDES，其中:配置信息解析单元把上位机的脉宽、周期、第一级时延和第二级时延信息分别发送到对应的脉冲控制单元、脉冲周期控制单元、第一级时延控制单元、第二级时延控制单元。配置信息解析单元将单个光栅的空间位置时延信息解析之后发送给光栅位置信息存储控制单元。上位机通过USB、网口、串口等常用接口把已采用私有协议定义的配置数据包发送到信号发生器。
[0034]所述配置信息解析单元，用于和上位机通讯并获取脉冲配置信息，该单元解析完毕的脉宽由脉宽信息单元存储，该单元由USB、网口、串口等常用接口控制逻辑和ASCII码私有配置协议组成，由FPGA逻辑实现。
[0035]所述脉宽信息单元由FPGA分布式RAM组成，用于存储目标脉宽信息。
[0036]所述脉冲控制单元用于控制和管理BRAM，由FPGA逻辑组成，完成BRAM的读写控制，实现脉冲时间上的波形映射到BRAM存储空间中。
[0037]所述脉冲控制单元产生第一级时延精度为I纳