一种基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统技术方案

本实用新型专利技术涉及分布式光纤通信技术领域，尤其涉及一种基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统，通过双通道FPGA采集卡进行脉冲编码和解码，并经过第一DFB激光器与第二DFB激光器累加互补，利用脉冲编码技术向光纤注入编码脉冲光，并保证系统空间分辨率不变的同时提升传感光纤产生的后向散射信号信噪比，同时再对每一组编码脉冲得到的后向散射信号使用累加平均算法进行去噪，再次提升系统的信噪比，以提升系统的稳定性，解决了现有的拉曼分布式系统引入脉冲编码技术后激光器及掺饵光纤放大器的光暂态效应问题以及系统空间分辨率和信噪比变化呈现着自相矛盾的问题。率和信噪比变化呈现着自相矛盾的问题。率和信噪比变化呈现着自相矛盾的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统


[0001]本技术涉及分布式光纤通信
，尤其涉及一种基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统。

技术介绍

[0002]拉曼分布式光纤测温系统，通过光时域反射技术(OTDR)进行事件点的定位，通过光纤拉曼散射的反斯托克斯光对温度敏感，用来测量整条光纤的温度。在系统中引入脉冲编码技术时，由于每组脉冲编码周期内存在非编码区和编码区，各脉冲存在占空比不等都会引起DFB激光器和掺饵光纤放大器中饵离子不均匀消耗导致暂态效应问题，使得各编码脉冲的幅值不同。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于提供一种基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统，旨在解决现有的拉曼分布式系统引入脉冲编码技术后激光器及掺饵光纤放大器的光暂态效应问题以及系统空间分辨率和信噪比变化呈现着自相矛盾的问题。
[0004]为实现上述目的，本技术提供了一种基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统，包括第一DFB激光器、第二DFB激光器、掺饵光纤放大器、滤波器、波分复用器、传感光纤、光电转换及放大模块、双通道FPGA采集卡、显示器和互补电路模块，所述掺饵光纤放大器、所述滤波器、所述波分复用器、所述传感光纤依次相连，所述波分复用器、所述光电转换及放大模块、所述双通道FPGA采集卡和所述显示器依次相连，所述互补电路模块、所述第一DFB激光器和所述第二DFB激光器设置在所述掺饵光纤放大器的前端。
[0005]其中，所述双通道FPGA采集卡的一个输出端分别与所述互补电路模块以及所述第二DFB激光器的输入端相连，调节所述双通道FPGA采集卡的多个I/O口输出电编码脉冲的叠加方式后输入到所述第二DFB激光器和所述第一DFB激光器。
[0006]通过调节FPGA的多个I/O口输出的电编码脉冲驱动多路驱动电流叠加输入到所述第二DFB激光器，用不同的驱动电流以消除激光器的光暂态效应。
[0007]其中，所述第一DFB激光器和所述第二DFB激光器并行输出，所述第一DFB激光器与所述互补电路模块的输出端相连。
[0008]两个激光器并行输出的编码脉冲叠加输入掺饵光纤放大器放大后输入滤波器滤除激光器一产生的编码脉冲以消除光纤放大器暂态效应。
[0009]其中，所述滤波器的输出端与所述波分复用器的1550nm的输入端相连，所述波分复用器的COM输出端与所述传感光纤相连，所述波分复用器的1450nm输出端与1650nm输出端分别与所述光电转换及放大模块的两个输入端相连。
[0010]其中，所述基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统的探测光信号根据N位的格雷码得到的4组单极性格雷码产生相应电编码脉冲，再分别输入到所述第一DFB激光器和所述第二DFB激光器后产生。
[0011]双通道FPGA采集卡通过ADC采集传感光纤经过编码产生的后向散射信号并通过FPGA将采集的每一帧后向散射信号进行多次累加后平均，再将经过累加平均后得到4组对应单极性格雷码的后向散射信号，通过FPGA进行解码后的得到一组相当于单脉冲的后向散射信号。
[0012]其中，所述电编码脉冲的电平宽度值为10ns～100ns，每一组编码脉冲的频率值为10kHz～1kHz。
[0013]脉冲编码FPGA实现时可采用归零模式和非归零模式，当编码为数“1”时为高平电，当编码数为“0”时为低电平，电平宽度可为10ns～100ns(对应1m～10m的空间分辨率)，进行累加平均时，每一组编码脉冲的频率可为10kHz～1kHz(对应10km～100km的可传感距离)。
[0014]本技术提供了一种基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统，通过双通道FPGA采集卡进行脉冲编码和解码，并经过第一DFB激光器与第二DFB激光器累加互补，利用脉冲编码技术向光纤注入编码脉冲光，并保证系统空间分辨率不变的同时提升传感光纤产生的后向散射信号信噪比，同时再对每一组编码脉冲得到的后向散射信号使用累加平均算法进行去噪，再次提升系统的信噪比，以提升系统的稳定性，解决了现有的拉曼分布式系统引入脉冲编码技术后激光器及掺饵光纤放大器的光暂态效应问题以及系统空间分辨率和信噪比变化呈现着自相矛盾的问题。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是本技术的一种基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统的结构示意图。
[0017]图2是8位单极性格雷码(11101101)编码周期图。
[0018]图3是8位单极性格雷码(11101101)的激光器光暂态效应图
[0019]图4是FPGA4个I/O输出的脉冲编码周期图。
[0020]图5是分段叠加后的脉冲编码周期图。
[0021]图6是8位单极性格雷码(11101101)的EDFA光暂态效应图。
[0022]图7是第二DFB激光器输出的脉冲编码图。
[0023]图8是第一DFB激光器输出的脉冲编码图。
[0024]图9是第一DFB激光器、第二DFB激光器叠加输出的脉冲编码图。
[0025]图10是滤波后输出的脉冲编码图。
[0026]1‑
第一DFB激光器、2
‑
第二DFB激光器、3
‑
掺饵光纤放大器、4
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滤波器、5
‑
波分复用器、6
‑
传感光纤、7
‑
光电转换及放大模块、8
‑
双通道FPGA采集卡、9
‑
显示器、10
‑
互补电路模块。
具体实施方式
[0027]下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始
至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0028]请参阅图1至图10，本技术提出了一种基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统，包含第一DFB激光器1、第二DFB激光器2、掺饵光纤放大器3、滤波器4、波分复用器5、传感光纤6、光电转换及放大模块7、双通道FPGA采集卡8、显示器9和互补电路模块10。双通道FPGA采集卡8的一个输出端与互补电路模块10的输入端和DFB激光器2的输入端相连，互补电路模块10的输出端与第一DFB激光器1的输入端相连，第一DFB激光器1、第二DFB激光器2的输出端与掺饵光纤放大器3的输入端相连，掺饵光纤放大器3的输出端与滤波器4的输入端相连，滤波器4的输出端与波分复用器5的1550nm的输入端相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统，其特征在于，包括第一DFB激光器、第二DFB激光器、掺饵光纤放大器、滤波器、波分复用器、传感光纤、光电转换及放大模块、双通道FPGA采集卡、显示器和互补电路模块，所述掺饵光纤放大器、所述滤波器、所述波分复用器、所述传感光纤依次相连，所述波分复用器、所述光电转换及放大模块、所述双通道FPGA采集卡和所述显示器依次相连，所述互补电路模块、所述第一DFB激光器和所述第二DFB激光器设置在所述掺饵光纤放大器的前端。2.如权利要求1所述的基于FPGA脉冲编解码的拉曼分布式光纤测温系统，其特征在于，所述双通道FPGA采集卡的一个输出端分别与所述互补电路模块以及所述第二DFB激光器的输入端相连，调节所述双通道FPGA采集卡的多个I/O口输出电编码脉冲的叠加方式后输入到所述第二DFB激光器和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周龙，杨军，徐隆，龙彪，宋树祥，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：新型
国别省市：