可重构的多功能光时域反射仪的制作方法

本发明涉及用于分布式光纤传感的方法和系统，特别涉及一种可重构的多功能光时域反射仪。

背景技术：

分布式光纤传感器近几十年来越来越受到重视，并被广泛应用于数以百计的传感点参数测量。通常采用传感主机来发射探测光，来分析传感信号并产生所需格式的输出。

标配的传感主机成本很高，在很长的一段时间，这样的高成本限制了光纤传感器的市场应用。然而，在分布式光纤传感系统中，大量感测点均受控于一台传感主机，这显著减少了每个感测点的预算成本。

这样的特点使得分布式光纤传感器与传统的电子、化学和机械传感器相比具有竞争力，而且分布式光纤传感器具有完全无源探测，探测范围广，抗电磁干扰等特点。

多路复用技术是用来区分不同感测点的信息。光时域反射计(otdr)是最流行的复用技术之一。在otdr感测系统中，检测来自每个感测点的反向光，不同的感测点具有不同的往返时间延迟，因此它们的传感位置信息，则用不同的时间延迟来区分。otdr传感系统的常见形式包括脉冲光源，待测试的光纤，光电探测单元，数据采集单元和控制单元。其源光传递到探测光纤并通过多路复用滤波器反射到光电探测单元。然而，对于不同的应用，otdr系统的具体配置可能是完全不同的。例如，对于某些分布式光栅传感器，光源波长是可调制的，并且不使用波分复用(wdm)滤波器；对于分布式温度传感器，应选用大功率光源，并需要双重wdm滤波器。人们通常为不同的otdr应用开发不同的otdr系统，就此大大增加了制造和维护的成本。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种可以轻松重组配置不同的应用的可重构的多功能光时域反射仪。

一种可重构的多功能光时域反射仪，其特征在于，包括：

脉冲光源，用于产生光脉冲；所述脉冲光源选自脉冲调制激光二极管、q开关激光器、放大脉冲激光器和脉冲调制可调激光器中的一种，所述脉冲调制激光二极管、q开关激光器、放大脉冲激光器和脉冲调制可调激光器使用相同的脉冲光驱动器；

待测光纤，耦合至所述脉冲光源，包括光纤传感器；

多路复用滤波单元，用于将源光传递到所述传感光纤并将背向散射光传递到所述光电检测单元的多路复用器；

信号处理单元，包括光电检测单元、数据采集单元及数据控制单元。

在其中一个实施例中，所述脉冲光源为通过直接脉冲调制产生的脉冲光源，所述脉冲光源配套有滤光器。

在其中一个实施例中，所述多路复用滤波单元包括光环行器、光隔离器、光连接器、光耦合器、光波分复用滤波器、光带通滤波器、光低通滤波器、光学高通滤波器及光阻带滤波器，其中所述光环行器，光隔离器，光连接器，光耦合器和光波分复用滤波器是可重组配置。

在其中一个实施例中，所述数据采集单元包括可重构处理芯片。

在其中一个实施例中，所述可重构处理芯片为fpga。

在其中一个实施例中，所述fpga累加所收集的数据，并且累加参数可重构以适应不同的传感应用并指定不同的性能。

在其中一个实施例中，所述fpga对所收集的数据进行傅立叶变换，然后累积傅里叶变换的幅度以获得时间谱数据。

在其中一个实施例中，所述脉冲光源用伪随机码进行调制以增强信噪比。

在其中一个实施例中，所述伪随机码是格雷码。

在其中一个实施例中，所述伪随机码存储在fpga，所述伪随机码采用fpga解码。

上述可重构的多功能光时域反射仪由可置换的脉冲光源，可置换的光检测单元，可重构光纤传感链路，数据采集单元和控制单元组成。该系统可重组配置，检测以下一种或多种信号：反射波长编码，瑞利散射，拉曼散射，布里渊散射，准分布布拉格光栅传感器，光纤故障传感器，分布式温度传感器和分布式布里渊传感器。为不同的应用程序调整了otdr系统，使它们尽可能共享通用部分，通过设计一些可重构单元来满足不同otdr系统的差异。通过这种方式，只需要一个otdr框架，便可以轻松重组配置不同的应用，如：分布式光栅传感器，分布式温度传感器。

附图说明

图1是一实施方式的多功能光时域反射仪的系统框图；

图2为一实施方式的多路复用滤波单元的配置方式图；

图3为一实施方式的多路复用滤波单元的配置方式图；

图4为一实施方式的多路复用滤波单元的配置方式图；

图5为一实施方式的数据采集单元的配置方式图；

图6为一实施方式的数据采集单元的配置方式图；

图7为一实施方式的数据采集单元的配置方式图。

具体实施方式

下面结合实施方式及附图，对可重构的多功能光时域反射仪作进一步的详细说明。

请参阅图1，一实施方式的可重构的多功能光时域反射仪，包括：脉冲光源、待测光纤、多路复用滤波单元及信号处理单元。脉冲光源用于产生光脉冲；脉冲光源选自脉冲调制激光二极管、q开关激光器、放大脉冲激光器和脉冲调制可调激光器中的一种，脉冲调制激光二极管、q开关激光器、放大脉冲激光器和脉冲调制可调激光器使用相同的脉冲光驱动器。待测光纤耦合至脉冲光源，包括光纤传感器。信号处理单元，包括光电检测单元、数据采集单元及数据控制单元，其中，所述数据控制单元与所述脉冲光源连接，所述数据采集单元分别与所述光电检测单元和数据控制单元连接；多路复用滤波单元，分别与脉冲光源和光电检测单元连接，用于将源光传递到所述传感光纤并将背向散射光传递到所述光电检测单元的多路复用器。

请参阅图2至图4，在一实施方式中，脉冲光源为通过直接脉冲调制产生的脉冲光源，以获得足够的消光比。脉冲光源是通过外部调制产生的，以获得足够的波长稳定性。脉冲光源可以被重构为低相干以抑制干扰噪声。其中脉冲光源可以被重新配置为高相干以传感所述局部化的动态信号。其中脉冲光源配套其选配的滤光器以减少不想要的噪声光。脉冲光源配套有滤光器。在其中一个实施例中，脉冲光源用伪随机码进行调制以增强信噪比，编码格式和码长可重新配置。具体地，伪随机码是格雷码。具体地，伪随机码存储在fpga中。伪随机码用fpga解码。

在一实施方式中，多路复用滤波单元包括光环行器、光隔离器、光连接器、光耦合器、光波分复用滤波器、光带通滤波器、光低通滤波器、光学高通滤波器、光阻带滤波器。其中光环行器，光隔离器，光连接器，光耦合器和光波分复用滤波器是可重组配置的，并且在可重组配置的otdr系统中使用相同的位置。多路复用滤波单元采用wdm滤波器来分离瑞利散射和拉曼散射信号。

请参阅图5-7，在其中一个实施例中，数据获取单元可以被重新配置为用于不同传感应用的低通、高通或带通。其中数据获取单元包括可重新配置的可重构处理芯片。数据采集单元可以包括一个可重构处理芯片函数可以重新配置和编程。在其中一个实施例中，数据获取单元包括可重构处理芯片，具体地，可重构处理芯片为fpga。在其中一个实施例中，fpga累加所收集的数据，并且累加参数可重构以适应不同的传感应用并指定不同的性能。在其中一个实施例中，fpga对所收集的数据进行傅立叶变换，然后累积傅里叶变换的幅度以获得时间谱数据。在一实施方式中，脉冲光源产生的周期脉冲，通过光电检测单元转换成弱光信号检测至数据采集单元。在一实施方式中，脉冲光源生成的编码脉冲序列，通过数据解码单元解码，形成弱光信号检测至数据采集单元。在一实施方式中，脉冲光源生成的编码脉冲序列，通过数据解码单元解码，形成fft弱光检测至数据采集单元。

上述可重构的多功能光时域反射仪由可置换的脉冲光源，可置换的光检测单元，可重构光纤传感链路，数据采集单元和控制单元组成。该系统可重组配置，检测以下一种或多种信号：反射波长编码，瑞利散射，拉曼散射，布里渊散射，准分布布拉格光栅传感器，光纤故障传感器，分布式温度传感器和分布式布里渊传感器。为不同的应用程序调整了otdr系统，使它们尽可能共享通用部分，通过设计一些可重构单元来满足不同otdr系统的差异。通过这种方式，只需要一个otdr框架，便可以轻松重组配置不同的应用，如：分布式光栅传感器，分布式温度传感器。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。