本发明涉及光时域反射领域，特别涉及一种基于多路光纤光信号监测的otdr装置。
背景技术：
光时域反射仪(opticaltime-domainreflectometry，otdr)是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。
目前，用于光纤故障定位监测的otdr，主要有两种即：用于单光子级别的弱光检测的单光子探测otdr和用于非单光子级别的光检测的普通otdr；雪崩光电二极管(apd)作为激光通信领域常见的一种光敏检测元件，因具有较高的检测灵敏度，是otdr中一种不可或缺的组成器件。
其中，单光子探测otdr的雪崩光电二极管工作在门控盖革模式，而普通otdr的雪崩光电二极管工作在线性模式；工作在线性模式的雪崩光电二极管，无需考虑后脉冲效应，可以工作在连续信号采集状态，具有测量时间快的优点，但是由于工作在线性模式的雪崩光电二极管增益低，无法探测弱小光信号，因此，普通otdr的测量精度和测量距离受到限制。
虽然，单光子探测otdr可探测到比热噪声还小的极微弱光信号，可以得到比普通otdr更高的测量精度、更远的测量距离和更大的动态范围，可以弥补普通otdr的缺点，但是，因单光子探测otdr的雪崩光电二极管工作在门控盖革模式下，受后脉冲影响，具有一定的死时间，导致单光子探测器的门脉冲重复频率低，只能工作在逐点扫描模式，且完成一次探测任务往往需要较长的时间；当测量精度越高、扫描点数越多，则单光子探测otdr所需的探测时间越长；当后脉冲概率越大，则单光子探测otdr所需要设置的死时间越长。
另外，因雪崩光电二极管是容性器件，当门脉冲信号加载在雪崩光电二极管上对其进行充放电时，会引入相应的噪声，将光生的雪崩有效信号淹没，影响探测结果；同时温度的变化也会对雪崩光电二极管的探测性能造成一定影响，会引发雪崩光电二极管工作性能的不稳定使得对光纤故障点的定位和查找不准确。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于多路光纤光信号监测的otdr装置，用以解决背景技术中的缺陷。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于多路光纤光信号监测的otdr装置，包含主控单元、光发送单元、光分路单元、示波单元、n个耦合单元及n个光分路探测单元，所述主控单元分别与所述光发送单元及示波单元连接，所述光发送单元与所述光分路单元连接，所述光分路单元对应与所述n个耦合单元连接，每个所述耦合单元的输入端对应与光分路单元及一光分路探测单元连接，每个所述耦合单元输出端对应与一待测光纤连接，每个所述光分路探测单元均对应与所述主控单元连接。
进一步，所述主控单元包含有单片机、脉冲信号发生器、信号衰减驱动器及数据处理器，所述脉冲信号发生器、信号衰减驱动器及数据处理器分别与所述单片机连接；
所述光发送单元包含脉冲光源及可调衰减器，所述脉冲光源分别与所述脉冲信号发生器及所述可调衰减器连接，所述可调衰减器分别与所述信号衰减驱动器及光分路单元连接；
每个所述光分路探测单元均包含一1x2的分光器、一普通探测单元及一单光子探测单元，每个所述1x2分光器输入端对应与一耦合单元连接，每个所述1x2分光器输出端分别对应与一普通探测单元及一单光子探测单元连接。
进一步，所述光分路单元为1xn分光器；所述示波单元为波形显示器,且所述波形显示器包含有n个对应用于显示所述光分路探测单元输出的探测光波形曲线的显示区；每个所述耦合单元为定向耦合器或环形器；其中，n为≥2的整数。
进一步，每个所述普通探测单元均包含依次连接的第一光电探测模块、滤波器、第一信号放大器及第一模/数转换器，每个第一光电探测模块均还对应与一1x2的分光器的一输出端口连接，每个所述第一模/数转换器均还对应与主控单元的数据处理器连接，每个所述第一光电探测模块均包含有第一雪崩光电二极管、第一温控模块及第一封装盒体；每个所述第一温控模块包含有第一制冷器、第一加热器及第一温度传感器，每个所述第一制冷器及第一加热器均分别与主控单元的单片机连接，每个所述第一温度传感器均分别与所述主控单元的单片机及一第一雪崩光电二极管的管脚连接，每个所述第一光电探测模相对应的第一雪崩光电二极管、第一制冷器、第一加热器及第一温度传感器均对应封装在一个所述第一封装盒体内。
进一步，每个所述单光子探测单元均包含第二光电探测模块、偏压模块、时钟模块、门脉冲模块、噪声抑制模块、脉冲整形模块及光子计数器，每个所述偏压模块分别均对应与主控单元的单片机及一第二光电探测模块连接，每个所述时钟模块分别对应与主控单元的脉冲信号发生器及一门脉冲模块连接，每个所述门脉冲模块对应与主控单元的单片机及一第二光电探测模块连接，每个噪声抑制模块分别对应与一第二光电探测模块及一脉冲整形模块连接，每个光子计数器分别对应与主控单元的数据处理器及一脉冲整形模块连接，每个所述第二光电探测模块均对应与一1x2分光器的一输出端口连接，每个所述第二光电探测模块均包含有第二雪崩光电二极管、第二温控模块及第二封装盒体；每个所述第二温控模块包含有第二制冷器、第二加热器及第二温度传感器，每个所述第二制冷器及第二加热器均分别对应与主控单元的单片机连接，每个所述第二温度传感器均分别对应与主控单元的单片机及一第二雪崩光电二极管的管脚连接，每个所述第二光电探测模块相对应的第二雪崩光电二极管、第二制冷器、第二加热器及第二温度传感器均对应封装在一个所述第二封装盒体内。
进一步，每个所述偏压模块均为电压源模块，且均分别对应与主控单元的单片机连接及对应与一第二雪崩光电二极管的阴极连接；每个所述偏压模块均用于为与之对应连接的第二雪崩光电二极管提供工作所需的反向偏置电压。
进一步，每个所述门脉冲模块均为门脉冲发生器，且分别对应与一时钟模块连接及对应与一第二雪崩光电二极管的阴极连接，每个所述门脉冲模块均包含有锁相环电路、分频器及第二信号放大器，每个所述锁相环电路的输出端对应与一第二信号放大器连接，每个所述锁相环电路的输入端对应与一时钟模块连接，每个所述锁相环电路包含依次连接的鉴相器、环路滤波器及压控振荡器；每个所述门脉冲模块均用于输出门控信号，为与之对应连接的第二雪崩光电二极管进行充放电控制，实现对第二雪崩光电二极管的雪崩及淬灭过程控制，每个所述时钟模块均用于控制与之对应连接的门脉冲模块及脉冲信号发生器同步触发工作，使门脉冲模块输出的门控信号与偏压模块输出的偏置电压信号按照时序的方式加载到第二雪崩光电二极管上，使第二雪崩光电二极管工作在盖革门控模式下，从而实现单光子级别的光强信号检测。
进一步，每个所述噪声抑制模块包含带通滤波器、低通滤波器及第三信号放大器；每个所述带通滤波器输入端对应与一门脉冲模块输出端连接，每个所述带通滤波器输出端对应与一第二雪崩光电二极管的阴极连接；每个所述低通滤波器输入端对应与一第二雪崩光电二极管的阳极连接，每个所述低通滤波器输出端对应与一第三信号放大器输入端连接；每个所述第三信号放大器输出端对应与一脉冲整形模块连接；每个所述带通滤波器均用于滤除由对应门脉冲模块输出的门控信号中所带来的边带噪声和谐波噪声信号；每个所述低通滤波器均用于滤除由对应门脉冲模块输出的门控信号所引入的并经过对应第二雪崩光电二极管光电转化后所产出的噪声信号，从中获取有效的光生载流子雪崩信号。
进一步，每个所述脉冲整形模块包含脉冲鉴幅器、脉冲整形电路及第二模/数转换器；每个所述脉冲鉴幅器输入端对应与一第三信号放大器输出端连接，每个所述脉冲鉴幅器输出端对应与一脉冲整形电路输入端连接，每个所述脉冲整形电路输出端对应与一第二模/数转换器输入端连接，每个所述第二模/数转换器输出端对应与一光子计数器输入端连接，每个所述光子计数器输出端均对应与主控单元的数据处理器连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可对多路待测光纤进行故障点精确定位和查找，有利于提高作业监测人员对光纤线路的运维检修工作效率以及降低对光纤链路的监测费用的投入，具有工作效率高、测量结果精确以及监测速度快等优点。
附图说明
图1为本发明基于多路光纤光信号监测的otdr装置的结构框图；
图2为本发明基于多路光纤光信号监测的otdr装置的具体实施例结构框图；
图3为基于图2中的每个普通探测单元的结构框图；
图4为基于图3中的每个单光子探测单元的结构框图；
图5为基于图4的门脉冲模块的电路连接框图；
图中：1、主控单元；11、单片机；12、脉冲信号发生器；13、信号衰减驱动器；14、数据处理器；2、光发送单元；21、脉冲光源；22、可调衰减器；3、光分路单元；4、示波单元；5、耦合单元；6、光分路探测单元；61、1x2分光器；62、普通探测单元；621、第一光电探测模块；621a、第一雪崩光电二极管；621b、第一温控模块；621b-1、第一制冷器；621b-2、第一加热器；621b-3、第一温度传感器；621c、第一封装盒体；622、滤波器；623、第一信号放大器；624、第一模/数转换器；63、单光子探测单元；631、第二光电探测模块；631a、第二雪崩光电二极管；631b、第二温控模块；631b-1、第二制冷器；631b-2、第二加热器；631b-3、第二温度传感器；631c、第二封装盒体；632、偏压模块；633、时钟模块；634、门脉冲模块；634a、锁相环电路；634b、分频器；634c、第二信号放大器；635、噪声抑制模块；635a、带通滤波器；635b、低通滤波器；635c、第三信号放大器；636、脉冲整形模块；636a、脉冲鉴幅器；636b、脉冲整形电路；636c、第二模/数转换器；637、光子计数器；7、待测光纤。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明是如何实施的。
如图1所示，本发明提供的一种基于多路光纤光信号监测的otdr装置，包含主控单元1、光发送单元2、光分路单元3、示波单元4、n个耦合单元5及n个光分路探测单元6；主控单元1分别与1光发送单元2及示波单元4连接；光发送单元2与光分路单元3连接，光分路单元3对应与n个耦合单元5连接，每个耦合单元5的输入端对应与光分路单元3的一个输出端及一光分路探测单元6连接，每个耦合单元5输出端对应与一待测光纤7连接；每个光分路探测单元6均对应与主控单元1连接。
如图2，在本实施例中，主控单元1包含有单片机11、脉冲信号发生器12、信号衰减驱动器13及数据处理器14，脉冲信号发生器12、信号衰减驱动器13及数据处理器14均分别与单片机11连接；
光发送单元2包含脉冲光源21及可调衰减器22，脉冲光源21分别与脉冲信号发生器12及可调衰减器22连接，可调衰减器22分别与信号衰减驱动器13及光分路单元3连接；脉冲光源21发射的是1550nm波段的高速近红外光，光分路单元3为1xn分光器；
示波单元4为波形显示器,且波形显示器上设置有n个对应用于显示光分路探测单元6输出的探测光波形曲线的显示区域；
每个耦合单元5为一定向耦合器或一环形器；
每个光分路探测单元6均包含一1x2的分光器61、一普通探测单元62及一单光子探测单元63。
其中，n为≥2的整数，按照通常的视窗看图习惯，设置n等于4为最佳。
如图3所示，其中，每个普通探测单元62均包含依次连接的第一光电探测模块621、滤波器622、第一信号放大器623及第一模/数转换器624，每个第一光电探测模块621的输入端对应与一1x2的分光器61的一输出端口连接，每个第一模/数转换器624均还对应与主控单元1的数据处理器14连接；
每个第一光电探测模块621均包含有第一雪崩光电二极管621a、第一温控模块621b及第一封装盒体621c，每个第一温控模块621b包含有第一制冷器621b-1、第一加热器621b-2及第一温度传感器621b-3，每个第一制冷器621b-1及第一加热器621b-2均分别与主控单元1的单片机11连接，每个第一温度传感器621b-3均分别与主控单元1的单片机11及一第一雪崩光电二极管621a的管脚连接，每个第一光电探测模块621相对应的第一雪崩光电二极管621a、第一制冷器621b-1、第一加热器621b-2及第一温度传感器621b-3均对应封装在一个第一封装盒体621c内，每个第一温控模块621b通过第一制冷器621b-1及第一加热器621b-2均调节与之对应的第一封装盒体621c内的温度，通过对应的第一封装盒体621c内封装的第一温度传感器621b-3实时的将感应到的第一雪崩光电二极管621a的工作温度反馈给主控单元1的单片机11，通过单片机11控制第一制冷器621b-1及第一加热器621b-2制冷或加热控制，实现第一封装盒体621c内温度调控，使得第一雪崩光电二极管621a时刻处于适宜的工作温度下，进而有效的避免掉因温度升高造成第一雪崩光电二极管621a的性能不稳定，影响普通探测单元的光强信号探测结果的准确性。
如图4所示，其中，每个单光子探测单元63均包含第二光电探测模块631、偏压模块632、时钟模块633、门脉冲模块634、噪声抑制模块635、脉冲整形模块636及光子计数器637；
每个偏压模块632输入端均对应与主控单元1的单片机11连接，每个偏压模块632输出端均对应与一第二光电探测模块631的输入端连接，每个第二光电探测模块631的输入端还分别对应与一1x2的分光器61的一输出端口及一门脉冲模块634的输出端连接，每个1x2的分光器61的另一输出端口对应与一第一光电探测模块621的输入端连接，每个第二光电探测模块631的输出端对应有依次连接的一噪声抑制模块635、一脉冲整形模块636及一光子计数器637，每个门脉冲模块634的输入端分别对应与主控单元1的单片机11及一时钟模块633连接；每个时钟模块633还分别对应与主控单元1的脉冲信号发生器12及单片机11连接，每个光子计数器637还分别对应与主控单元1的数据处理器14连接；
每个第二光电探测模块631均包含有第二雪崩光电二极管631a、第二温控模块631b及第二封装盒体631c；每个第二温控模块631b包含有第二制冷器631b-1、第二加热器631b-2及第二温度传感器631b-3，每个第二制冷器631b-1及第二加热器631b-2均分别与主控单元1的单片机11连接，每个第二温度传感器631b-3均分别与主控单元1的单片机11及一第二雪崩光电二极管631a的管脚连接，每个第二光电探测模块631相对应的第二雪崩光电二极管631a、第二制冷器631b-1、第二加热器631b-2及第二温度传感器631b-3均对应封装在一个第二封装盒体631c内，每个第二温控模块631b通过第二制冷器631b-1及第二加热器631b-2均调节与之对应的第二封装盒体631c内的温度，通过对应的第二封装盒体631c内封装的第一温度传感器631b-3实时的将感应到的第二雪崩光电二极管631a的工作温度反馈给主控单元1的单片机11，通过单片机11控制第二制冷器631b-1及第二加热器631b-2制冷或加热控制，实现第一封装盒体621c内温度调控，使得第二雪崩光电二极管631a时刻处于适宜的工作温度下，进而有效的避免掉因温度升高造成第二雪崩光电二极管631a的性能不稳定，影响单光子探测单元的光强信号探测结果的准确性。
每个偏压模块632均为电压源模块，且均分别对应与主控单元1的单片机11连接及对应与一第二雪崩光电二极管631a的阴极连接；每个偏压模块632均用于为与之对应连接的第二雪崩光电二极管631a提供工作所需的反向偏置电压。
每个门脉冲模块634均为门脉冲发生器，且分别对应与一时钟模块633及一偏压模块632的连接，如图5所示，每个门脉冲模块634均包含有锁相环电路634a、分频器634b及第二信号放大器634c，每个锁相环电路634a的输出端对应与一第二信号放大器634c连接，每个锁相环电路634a的输入端对应与一时钟模块633连接，每个锁相环电路634a包含依次连接的鉴相器634a-1路滤波器634a-2及压控振荡器634a-3；每个门脉冲模块634均用于输出门控信号为与之对应连接的偏压模块632进行充放电控制，生成加载在第二雪崩光电二极管631a上的反向偏置电压，实现对第二雪崩光电二极管631a的雪崩及淬灭过程控制；
当偏压模块632生成的反向偏置电压加载在第二雪崩光电二极管631a上并大于等于第二雪崩光电二极管631a雪崩电压时，则从待测光纤7中经瑞利散射和菲涅尔反射的返回的光子将入射到第二雪崩光电二极管631a中产生大量的光生载流子，即形成雪崩信号；
当偏压模块632生成的反向偏置电压加载在第二雪崩光电二极管631a上并小于第二雪崩光电二极管631a雪崩电压时，则从待测光纤7中经瑞利散射和菲涅尔反射的返回的光子不足以产生光生载流子，即第二雪崩光电二极管63a被淬灭；
每个时钟模块633均用于控制与之对应连接的门脉冲模块634及脉冲信号发生器12同步触发工作，使门脉冲模块634输出的门控信号与脉冲信号发生器12发出的脉冲光信号按照时钟的方式加载到第二雪崩光电二极管631a上，使第二雪崩光电二极管631a工作在盖革门控模式下，从而实现单光子级别的光强信号检测。
每个噪声抑制模块635包含带通滤波器635a、低通滤波器635b及第三信号放大器635c；每个带通滤波器635a输入端对应与一门脉冲模块634输出端连接，每个带通滤波器635a输出端对应与一第二雪崩光电二极管631a的阴极连接；每个低通滤波器635b输入端对应与一第二雪崩光电二极管631a的阳极连接，每个低通滤波器635b输出端对应与一第三信号放大器635c输入端连接；每个第三信号放大器635c输出端对应与一脉冲整形模块636连接；
每个带通滤波器635a均用于滤除由对应门脉冲模块634输出的门控信号中所带来的边带噪声和谐波噪声信号；
每个低通滤波器635b均用于滤除由对应门脉冲模块634输出的门控信号所引入的并经过对应第二雪崩光电二极管631a光电转化后所产出的噪声信号，从中获取有效的光生载流子雪崩信号。
每个脉冲整形模块636包含脉冲鉴幅器636a、脉冲整形电路636b及第二模/数转换器636c；每个脉冲鉴幅器636a输入端对应与一第三信号放大器636c输出端连接，每个脉冲鉴幅器636a输出端对应与一脉冲整形电路636b输入端连接，每个脉冲整形电路636b输出端对应与一第二模/数转换器636c输入端连接，每个第二模/数转换器636c输出端对应与一光子计数器637输入端连接，每个光子计数器637输出端均对应与主控单元1的数据处理器14连接。
每个脉冲整形模块636用于将获取的有效雪崩模拟信号整形转化成标准数字信号输出至主控单元的数字处理器14中，经数字处理器14分析处理后，在波形显示器上对应的显示区域处显示出相应的otdr检测光波形信号。
在本实施例中，第一雪崩光电二极管621a及第二雪崩光电二极管631a选用的为ingaas或inp雪崩光电二极管。
最后说明，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。