專利名稱：光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，屬于測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光時(shí)域反射儀(OPTICAL TIME DOMAIN REFLECTOMETER簡(jiǎn)稱OTDR)是智能化的光纖通信測(cè)量?jī)x器。能準(zhǔn)確顯示光纖光纜的損耗分布曲線，可以測(cè)量光纖光纜的衰減系數(shù)，兩點(diǎn)間損耗和接頭損耗，也可以測(cè)量光纖光纜的長(zhǎng)度，兩點(diǎn)間距離，確定光纖光纜的接頭、故障點(diǎn)及斷點(diǎn)的位置。光時(shí)域反射儀是依據(jù)光在光纖中的傳播特性設(shè)計(jì)的。當(dāng)光脈沖通過(guò)光纖傳輸時(shí)，沿光纖長(zhǎng)度上的每一點(diǎn)均會(huì)引起瑞利散射，這種散射向四面八方，其中總有一部分會(huì)沿光纖軸反向傳輸?shù)捷斎攵耍@種現(xiàn)象稱為背向散射，采集背向散射信號(hào)可以知道光纖的衰減特性，即光纖的損耗信息。當(dāng)光線進(jìn)入有不同折射率的媒質(zhì)中時(shí)會(huì)產(chǎn)生菲涅耳反射。例如在光纖末端表面處、在一個(gè)裂紋處都會(huì)產(chǎn)生這種反射。采集菲涅耳反射信號(hào)的意義在于如果光纜發(fā)生了故障，菲涅耳反射能夠反映斷點(diǎn)位置，保障通信迅速恢復(fù)；利用該特性還可以推算出光纜的長(zhǎng)度、確定接頭位置以及測(cè)量光纜上任意兩點(diǎn)間距離，對(duì)光纜的日常維護(hù)和故障排除都有極其重要的意義。光脈沖在光纖中傳播時(shí)，這兩種現(xiàn)象都會(huì)發(fā)生。光時(shí)域反射儀就是將大功率的激光脈沖，注入到光纖中，然后在同一端檢測(cè)沿光纖背向返回光信號(hào)，被測(cè)光信號(hào)中既包含瑞利散射的返回信號(hào)，又包含菲涅耳反射產(chǎn)生的信號(hào)。
光時(shí)域反射儀一般有以下幾個(gè)部分組成微處理器、光脈沖發(fā)射器、光脈沖接收、處理器、數(shù)據(jù)采集部分、顯示部分和外圍邏輯電路。其中光脈沖接收、處理器是整個(gè)儀器最本質(zhì)的部分，它們代表著光時(shí)域反射儀的核心技術(shù)。傳統(tǒng)的光時(shí)域反射儀，在光脈沖的接收、處理方面，存在以下幾個(gè)問(wèn)題。
(1)由于菲涅耳反射信號(hào)較強(qiáng)，會(huì)使電流電壓轉(zhuǎn)換器飽和，從飽和到退出飽和需要較長(zhǎng)時(shí)間，這段時(shí)間之內(nèi)，有用的光信號(hào)無(wú)法采集；而且在脈沖沿處會(huì)有較強(qiáng)的振鈴。
(2)光信號(hào)的強(qiáng)度變化范圍非常大，這就要求儀器既能處理較強(qiáng)信號(hào)，又能處理極弱信號(hào)，傳統(tǒng)的光時(shí)域反射儀一般分檔放大，放大倍數(shù)不能連續(xù)可調(diào)。
(3)在實(shí)際測(cè)試中，系統(tǒng)所需要的帶寬不是固定不變的，但是儀器提供的帶寬卻是固定的，這必然要損失一部分有用的信號(hào)，最終影響儀器的盲區(qū)指標(biāo)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠按照用戶需要調(diào)節(jié)帶寬和信號(hào)放大倍數(shù)，可以有效拾取信號(hào)和消除振鈴的光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，包括光接收器B1、A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于光接收器B1通過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換器、可調(diào)增益放大器、固定增益放大器、濾波控制器、濾波網(wǎng)絡(luò)與A/D轉(zhuǎn)換器相連。光脈沖發(fā)射器通過(guò)光纖耦合器連到待測(cè)光纖，光脈沖接收、處理器通過(guò)光纖耦合器接收并處理從待測(cè)光纖返回的信號(hào)。工作原理是光接收器B1根據(jù)接收的不同光信號(hào)，產(chǎn)生正比于光信號(hào)的電流。電流信號(hào)經(jīng)過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成正電壓信號(hào)，然后通過(guò)可調(diào)增益放大器和固定增益放大器的放大成為A/D轉(zhuǎn)換器可以完全轉(zhuǎn)換的強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)放大后的信號(hào)，通過(guò)濾波網(wǎng)絡(luò)的濾波作用除去各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的噪聲，使得最終進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)真實(shí)地反映被測(cè)信號(hào)。
電流電壓轉(zhuǎn)換器包括運(yùn)算放大器N1、二極管V1和電阻R1，運(yùn)算放大器N1的反相輸入端與輸出端之間接有二極管V1和電阻R1。輸出電壓正比于輸入的電流值。
固定增益放大器包括運(yùn)算放大器N3、電阻R2-R4，電阻R2、R3并聯(lián)一端接運(yùn)算放大器N3的反相輸入端，電阻R4并接在運(yùn)算放大器N3的反相輸入端和輸出端。根據(jù)需要調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度。
可調(diào)增益放大器包括運(yùn)算放大器N2、電位器RP1，運(yùn)算放大器N2的G1腳接電位器RP1的滑動(dòng)觸點(diǎn)，G2腳接+1.2V電壓和電位器RP1的一端，電位器RP1的另一端接地，運(yùn)算放大器N2的com腳接地。把信號(hào)調(diào)整到一定的幅度使得A/D轉(zhuǎn)換器能夠完全轉(zhuǎn)換。
濾波網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)或多個(gè)不同的濾波器。
濾波控制器包括一個(gè)或多個(gè)繼電器觸點(diǎn)，觸點(diǎn)與濾波器相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，該光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置所具有的有益效果是該裝置能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)檢測(cè)信號(hào)的放大倍數(shù)，能夠調(diào)節(jié)儀器的帶寬，減少儀器的檢測(cè)盲區(qū)，并且具有采集信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍大，噪聲小的特點(diǎn)，能夠較好地測(cè)量光纖的距離特性和衰減特性。


圖1為本實(shí)用新型的光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置電路原理方框圖；圖2為本實(shí)用新型的光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置電路原理；
圖3為20米單模光纖的曲線圖；圖4為9081米和8192米單模光纖連接的曲線圖。
其中R1～R8電阻 N1～N3運(yùn)算放大器 C1電容 K1～K4繼電器觸點(diǎn)RP1、RP2電位器 V1二極管 B1光接收器 IC1 A/D轉(zhuǎn)換器具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置作進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示該光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，主要包括光脈沖發(fā)射器和光脈沖的接收、處理器，光纖耦合器通過(guò)光接收器InGaAs APD、電流電壓轉(zhuǎn)換器、可調(diào)增益放大器、固定增益放大器、濾波控制器、濾波網(wǎng)絡(luò)與A/D轉(zhuǎn)換器相連，光脈沖發(fā)射器通過(guò)光纖耦合器連到待測(cè)光纖，光脈沖接收、處理器則光纖耦合器接收并處理從待測(cè)光纖返回的信號(hào)。
如圖2所示組裝一臺(tái)本實(shí)用新型的光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，電路結(jié)構(gòu)及功能如下光接收器B1采用高響應(yīng)度光接收器InGaAs APD，其正極接-45V，負(fù)極接運(yùn)算放大器N1的反相輸入端。運(yùn)算放大器N1的反相輸入端與輸出端之間接有二極管V1和電阻R1，運(yùn)算放大器N1的正相輸入端接地，運(yùn)算放大器N1的輸出端還接運(yùn)算放大器N2的Vi腳。運(yùn)算放大器N1、電阻R1和二極管V1構(gòu)成電流電壓轉(zhuǎn)換器。
運(yùn)算放大器N2的G1腳接電位器RP1的滑動(dòng)觸點(diǎn)，G2腳接+1.2V電壓和電位器RP1的一端，電位器RP1的另一端接地。運(yùn)算放大器N2的com腳接地。組成可調(diào)增益放大器，根據(jù)需要調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度。
運(yùn)算放大器N2的Vo腳通過(guò)電阻R3接運(yùn)算放大器N3的反相輸入端。運(yùn)算放大器N3的正相輸入端接地。運(yùn)算放大器N3的反相輸入端通過(guò)電阻R2接電位器RP2的滑動(dòng)觸點(diǎn)。電位器RP2的兩端分別接+5V和-5V電壓。運(yùn)算放大器N3的反相輸入端和輸出端之間接有電阻R4。
繼電器觸點(diǎn)K1與電阻R5串聯(lián)，繼電器觸點(diǎn)K2與電阻R6串聯(lián)，繼電器觸點(diǎn)K3與電阻R7串聯(lián)，繼電器觸點(diǎn)K4與電阻R8串聯(lián)，然后分別接在運(yùn)算放大器N3的輸出端和A/D轉(zhuǎn)換器輸入端之間。A/D轉(zhuǎn)換器輸入端通過(guò)電容C1接地。組成可控的濾波網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)需要濾除各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的噪聲。
圖3為20米單模光纖的曲線圖，波長(zhǎng)為1310納米，脈沖寬度為40納秒，長(zhǎng)度測(cè)量值為20米。
圖4為9081米和8192米單模光纖連接的曲線圖，平均損耗真實(shí)值為0.194，波長(zhǎng)為1310納米，脈沖寬度為2560納秒，長(zhǎng)度測(cè)量值為9081米和8192米，平均損耗測(cè)量值為0.194。從上述兩個(gè)實(shí)例可以說(shuō)明本實(shí)用新型能夠較好地測(cè)量光纖的距離特性和衰減特性，通過(guò)多種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了本實(shí)用新型的目的。
工作過(guò)程如下-45V用于提供正常工作所需的負(fù)壓偏置，有信號(hào)從被測(cè)光纖中返回時(shí)，高響應(yīng)度光接收器InGaAs APD會(huì)產(chǎn)生一定大小的電流，該電流的大小正比于光信號(hào)的功率。運(yùn)算放大器N1、電阻R1和二極管V1構(gòu)成電流電壓轉(zhuǎn)換器，該環(huán)節(jié)的輸出是電壓信號(hào)，其大小正比于輸入的電流值。如果輸入電流比較大，輸出的電壓也比較大，若電壓超過(guò)二極管V1的導(dǎo)通電壓，二極管V1將導(dǎo)通，從而避免了運(yùn)算放大器N1進(jìn)入飽和狀態(tài)的情況。二極管V1的另一個(gè)作用是利用其結(jié)電容減弱脈沖沿的振蕩。一般說(shuō)來(lái)，電流電壓轉(zhuǎn)換器的輸出還是比較微弱的，需要進(jìn)一步放大，而且由于不同的光纖，散射和反射的比例不同，放大倍數(shù)需要根據(jù)具體情況調(diào)整，因此本設(shè)計(jì)采用了一個(gè)可調(diào)增益放大器N2，為保證增益大、噪聲低的要求，可采用集成電路AD600充當(dāng)可調(diào)增益放大器，其放大倍數(shù)由引腳G1和引腳G2之間的電壓差控制，通過(guò)調(diào)整電位器RP1可實(shí)現(xiàn)對(duì)可調(diào)增益放大器N2引腳G1和引腳G2之間的電壓差控制。運(yùn)算放大器N3、電阻R2、電阻R3和電阻R4構(gòu)成的固定增益放大電路，把輸入的模擬電壓信號(hào)調(diào)整到一定的幅度并且在A/D轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的范圍內(nèi)。電位器RP2的作用在于抬高或降低直流電平，將模擬信號(hào)調(diào)整到A/D轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的范圍內(nèi)。之所以將偏置電路設(shè)在運(yùn)算放大器N3的反向輸入端，而不是正向輸入端，是由于在這種連接方式下運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)與電阻R4的阻值成簡(jiǎn)單的正比關(guān)系，這將簡(jiǎn)化計(jì)算并減少器件的種類。模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)了電流電壓轉(zhuǎn)換器、可調(diào)增益放大器和固定增益放大器等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)引入噪聲，為了提高信號(hào)的信噪比，所以要對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。由于不同的測(cè)試情況，噪聲的特性、有用信號(hào)的特性是不同的，所以本設(shè)計(jì)采用了一個(gè)濾波網(wǎng)絡(luò)。該濾波網(wǎng)絡(luò)由電阻R5～R8和電容C1組成，電阻R5～R8分別和電容C1組成RC濾波器，由于它們?nèi)〔煌淖柚?，所以各個(gè)濾波器具有不同的濾波特性，這一環(huán)節(jié)使得儀器能夠根據(jù)實(shí)際情況選擇不同特性的濾波器。不同濾波器的選擇通過(guò)繼電器K1～K4構(gòu)成的濾波控制器實(shí)現(xiàn)，繼電器K1～K4可采用TQ2系列的高頻繼電器。繼電器K1～K4可以分別導(dǎo)通，從而使信號(hào)通過(guò)不同的濾波器。模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)這一系列的處理后，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
權(quán)利要求1.光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，包括光接收器B1、A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于光接收器B1通過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換器、可調(diào)增益放大器、固定增益放大器、濾波控制器、濾波網(wǎng)絡(luò)與A/D轉(zhuǎn)換器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，其特征在于電流電壓轉(zhuǎn)換器包括運(yùn)算放大器N1、二極管V1和電阻R1，運(yùn)算放大器N1的反相輸入端與輸出端之間接有二極管V1和電阻R1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，其特征在于固定增益放大器包括運(yùn)算放大器N3、電阻R2-R4，電阻R2、R3并聯(lián)一端接運(yùn)算放大器N3的反相輸入端，電阻R4并接在運(yùn)算放大器N3的反相輸入端和輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，其特征在于可調(diào)增益放大器包括運(yùn)算放大器N2、電位器RP1，運(yùn)算放大器N2的G1腳接電位器RP1的滑動(dòng)觸點(diǎn)，G2腳接+1.2V電壓和電位器RP1的一端，電位器RP1的另一端接地，運(yùn)算放大器N2的com腳接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，其特征在于濾波網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)或多個(gè)不同的濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，其特征在于濾波控制器包括一個(gè)或多個(gè)繼電器觸點(diǎn)，觸點(diǎn)與濾波器相連。
專利摘要光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置，屬于測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域。包括光接收器B1、A/D轉(zhuǎn)換器，其特征在于光接收器B1通過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換器、可調(diào)增益放大器、固定增益放大器、濾波控制器、濾波網(wǎng)絡(luò)與A/D轉(zhuǎn)換器相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該光時(shí)域反射儀光脈沖的接收、處理裝置所具有的有益效果是該裝置能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)檢測(cè)信號(hào)的放大倍數(shù)，能夠調(diào)節(jié)儀器的帶寬，減少儀器的檢測(cè)盲區(qū)，并且具有采集信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍大，噪聲小的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B10/08GK2788167SQ200520081359
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者高俊祥, 徐丙垠, 高興福 申請(qǐng)人:淄博科匯電氣有限公司