光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，其中，雪崩光電二極管的陰極端與偏置電壓連接，雪崩光電二極管的陽極端與第一級(jí)放大器聯(lián)接；所述第一級(jí)放大器通過跨阻電阻將來自雪崩光電二極管的電流轉(zhuǎn)換成電壓然后與第二級(jí)放大器連接，同時(shí)將所述電壓作為小電壓信號(hào)連接至信號(hào)混合器；所述第二級(jí)放大器將來自第一級(jí)放大器的電壓信號(hào)再次放大作為大電壓信號(hào)送入信號(hào)混合器；所述信號(hào)混合器將輸入的小電壓信號(hào)和大電壓信號(hào)通過計(jì)算合并，同時(shí)通過信號(hào)控制端進(jìn)行控制，然后通過信號(hào)輸出端輸出。本發(fā)明降低了成本；而且降低了對(duì)激光半導(dǎo)體二極管的功率要求，減小激光半導(dǎo)體二極管的發(fā)熱量，同時(shí)減小了輻射傷害的風(fēng)險(xiǎn)；大大減小了電源對(duì)整體性能的擾動(dòng)影響。
【專利說明】光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，尤其涉及光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，光時(shí)域反射儀有大、小動(dòng)態(tài)光時(shí)域反射儀(OTDR)如圖1所示，但存在難以克服的缺點(diǎn)。
[0003]大動(dòng)態(tài)OTDR —般測(cè)量120Km以上的距離，動(dòng)態(tài)范圍超過35dB。大動(dòng)態(tài)OTDR采用的大功率激光半導(dǎo)體，即瞬間光功率輸出超過IOOmW的半導(dǎo)體激光器。如果采用大功率的激光器設(shè)計(jì)的0TDR，則測(cè)量短距離光纖時(shí)返回的瑞利散射(Rayleigh)信號(hào)強(qiáng)，會(huì)如圖2所示導(dǎo)致AH)和放大器飽和?，F(xiàn)有的大動(dòng)態(tài)OTDR技術(shù)主要都使用了大功率激光器。即使用降低信號(hào)強(qiáng)度來保證動(dòng)態(tài)范圍的辦法能解決飽和現(xiàn)象，但同時(shí)也帶來了信號(hào)變差的問題。
[0004]另外,大功率激光器價(jià)格不但較高,而且從安全角度來講,功率過大會(huì)增加輻射傷害的風(fēng)險(xiǎn)。其次，較大的輸出功率也必須有較大的驅(qū)動(dòng)電流，這就會(huì)產(chǎn)生電源的擾動(dòng)影響整體性能，并產(chǎn)生一定的熱量積聚，降低激光器壽命。
[0005]小動(dòng)態(tài)OTDR —般測(cè)量120Km以下的距離，動(dòng)態(tài)范圍小于35dB。小動(dòng)態(tài)OTDR采用的低功率激光半導(dǎo)體，即瞬間光功率輸出小于20?60mW的激光器。如果采用低功率激光器設(shè)計(jì)的0TDR，動(dòng)態(tài)范圍就會(huì)變小。雖然不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的飽和現(xiàn)象，但如圖3所示不能達(dá)到長(zhǎng)距離測(cè)量的設(shè)計(jì)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，不僅降低成本；而且降低了對(duì)激光半導(dǎo)體二極管的功率要求，減小激光半導(dǎo)體二極管的發(fā)熱問題，同時(shí)減小輻射傷害的風(fēng)險(xiǎn)；較小的輸出功率只需較小的驅(qū)動(dòng)電流，大大減小了電源對(duì)整體性能的擾動(dòng)影響。
[0007]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明一種光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，是把雪崩光電二極管的陰極端與偏置電壓連接，雪崩光電二極管的陽極端與第一級(jí)放大器聯(lián)接；所述第一級(jí)放大器通過跨阻電阻將來自雪崩光電二極管的電流轉(zhuǎn)換成電壓然后與第二級(jí)放大器連接，同時(shí)將所述電壓作為小電壓信號(hào)連接至信號(hào)混合器；所述第二級(jí)放大器將來自第一級(jí)放大器的電壓信號(hào)再次放大作為大電壓信號(hào)送入信號(hào)混合器；所述信號(hào)混合器將輸入的小電壓信號(hào)和大電壓信號(hào)通過計(jì)算合并，同時(shí)通過信號(hào)控制端進(jìn)行控制，然后通過信號(hào)輸出端輸出。
[0009]上述的光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，其中，所述偏置電壓為經(jīng)過濾波的偏置電壓。
[0010]上述的光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，其中，所述第一放大器為第一級(jí)低噪聲跨阻放大器。
[0011]上述的光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，其中，所述第二級(jí)放大器為第二級(jí)低噪聲放大器。[0012]上述的光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，其中，所述第二級(jí)放大器將來自第一級(jí)放大器的電壓信號(hào)放大為原來的40倍。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，采用低功率激光器，結(jié)合兩級(jí)低噪聲運(yùn)算放大器產(chǎn)生的不同增益信號(hào)拼合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在激光半導(dǎo)體二極管(APD)和三極管放大器非飽和情況下，達(dá)到原來大功率激光器的動(dòng)態(tài)范圍，即使用低功率激光器測(cè)量長(zhǎng)距離(120Km以上)光纖，實(shí)現(xiàn)了采用小功率激光二極管達(dá)到原來只能采用大功率激光二極管的動(dòng)態(tài)范圍，至少可提高動(dòng)態(tài)范圍3-6dB，對(duì)應(yīng)激光器功率2-4倍；而且小功率激光二極管價(jià)格較低，滿足了不損失原有性能的前提下降低成本；因降低了對(duì)激光半導(dǎo)體二極管的功率要求，減小激光半導(dǎo)體二極管的發(fā)熱問題，同時(shí)減小輻射傷害的風(fēng)險(xiǎn)；較小的輸出功率只需較小的驅(qū)動(dòng)電流，大大減小了電源對(duì)整體性能的擾動(dòng)影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是現(xiàn)有技術(shù)采用的OTDR前置的電路。
[0015]圖2是光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法的放大倍數(shù)過大發(fā)生飽和時(shí)的波形。
[0016]圖3是光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法的動(dòng)態(tài)不足時(shí)測(cè)量的波形。
[0017]圖4是本發(fā)明光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法的OTDR前置電路。
[0018]圖5是本發(fā)明光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法的正常波形示意圖。
[0019]圖6是本發(fā)明的第一放大器放大后的一級(jí)放大未失真信號(hào)波形示意圖。
[0020]圖7是本發(fā)明的第二放大器放大后的二級(jí)放大失真信號(hào)波形示意圖。
[0021]圖8是圖6和圖7的信號(hào)疊加波形示意圖。
[0022]圖9是本發(fā)明的圖8的信號(hào)疊加后的擴(kuò)展信號(hào)波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024]請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明的光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，是把雪崩光電二極管I的陰極端與偏置電壓2連接，雪崩光電二極管I的陽極端與第一級(jí)放大器3聯(lián)接；第一級(jí)放大器3通過跨阻電阻4將來自雪崩光電二極管I的電流轉(zhuǎn)換成電壓然后與第二級(jí)放大器5連接，同時(shí)將電壓作為小電壓信號(hào)6連接至信號(hào)混合器8 ;第二級(jí)放大器5將來自第一級(jí)放大器3的電壓信號(hào)再次放大作為大電壓信號(hào)7送入信號(hào)混合器8 ;信號(hào)混合器8將輸入的小電壓信號(hào)6和大電壓信號(hào)7通過計(jì)算合并，同時(shí)通過信號(hào)控制端9進(jìn)行控制，然后通過信號(hào)輸出端10輸出ο
[0025]信號(hào)混合器8也稱為信號(hào)混合電路,是一個(gè)高速的模擬開關(guān)和一些輔助電路。
[0026]偏置電壓2為經(jīng)過濾波的偏置電壓。
[0027]第一放大器3最好為第一級(jí)低噪聲跨阻放大器。
[0028]第二級(jí)放大器5最好為第二級(jí)低噪聲放大器。
[0029]第二級(jí)放大器將來自第一級(jí)放大器的電壓信號(hào)放大為原來的40倍,范圍一般為20?40倍。
[0030]信號(hào)控制端9控制大電壓信號(hào)7和輸出信號(hào)端10鏈接，也可以控制小電壓信號(hào)6和輸出信號(hào)端10鏈接，實(shí)際處理的過程中根據(jù)程序設(shè)定交替工作。[0031]光時(shí)域反射儀(OTDR)廣泛應(yīng)用于光纜線路的維護(hù)、施工之中，可進(jìn)行光纖長(zhǎng)度、光纖傳輸衰減、接頭衰減和故障定位等測(cè)量，主要利用光線在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射(Rayleigh)和菲涅爾反射(Fresnel)所產(chǎn)生的背向散射這個(gè)原理而開發(fā)的精密光電一體化儀表。瑞利背向散射通常比入射光小1000倍以上，實(shí)際測(cè)量過程中瑞利背向散射必須大于背景噪聲才能準(zhǔn)確的測(cè)出距離及相關(guān)參數(shù)，所以為了測(cè)量更長(zhǎng)距離的光纖，就必須設(shè)計(jì)出動(dòng)態(tài)范圍更大的設(shè)備。
[0032]動(dòng)態(tài)范圍是一個(gè)重要的OTDR參數(shù)。一般建議選擇動(dòng)態(tài)范圍比可能遇到的最大損耗高5DB以上的0TDR。例如，使用動(dòng)態(tài)范圍是35DB的單模OTDR就可以滿足動(dòng)態(tài)范圍在30DB左右的需要。假定在1550NM上的典型光纖典型衰減為0.20DB/KM，在每2公里處熔接(每次熔接損耗0.1DB)，這樣的一個(gè)設(shè)備可以精確測(cè)算的距離最多120公里。最大距離可以使用光纖衰減除OTDR的動(dòng)態(tài)范圍而計(jì)算出近似值，用于確定設(shè)備能夠達(dá)到光纖末端的最大范圍。當(dāng)然，光網(wǎng)絡(luò)中損耗越多，需要的動(dòng)態(tài)范圍越大。在長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)(超過120KM)由于光線衰減的原因，瑞利背向散射非常微弱，當(dāng)信號(hào)落入背景噪聲后就無法判斷出準(zhǔn)確的距離和其他相關(guān)參數(shù)。為了解決大動(dòng)態(tài)長(zhǎng)距離測(cè)量的需要，則需要使用更大的激光功率，目前普遍采用專用的大功率激光器件來提高脈沖的功率。
[0033]本發(fā)明如圖4所示，本發(fā)明采用了一種新的思路，采用固定放大系數(shù)的前級(jí)放大電路，設(shè)計(jì)使用了兩級(jí)放大電路，如果信號(hào)經(jīng)過第一級(jí)放大器3放大和第二級(jí)放大器5放大后沒有發(fā)生飽和現(xiàn)象，那么信號(hào)混合器8就直接將此真實(shí)的信號(hào)輸出；如果第二級(jí)放大器5放大后的信號(hào)發(fā)生飽和而第一級(jí)放大器3放大后沒有發(fā)生飽和現(xiàn)象，那么信號(hào)混合器8就將第二級(jí)放大器5輸出飽和的部分用第一級(jí)放大器3輸出的未飽和部分替代,混合后輸出如圖5所示。這樣不會(huì)降低波形的分辨率，但能使低功率激光器達(dá)到大功率激光器的動(dòng)態(tài)范圍。
[0034]如圖6所示是經(jīng)過第一放大器3放大后的一級(jí)放大未失真信號(hào)示意圖。圖7是經(jīng)過第二級(jí)放大器5后得到的沒有飽和失真的信號(hào)波形示意圖，這是一種可能，因?yàn)槿绻斎胄盘?hào)變大(菲涅爾反射引起飽和)則信號(hào)同樣經(jīng)過第一級(jí)放大器3和第二級(jí)放大器5后會(huì)出現(xiàn)失真波形。圖8是圖6和圖7的信號(hào)疊加波形示意圖，是一個(gè)經(jīng)過兩級(jí)放大后發(fā)生飽和失真的波形疊加過程。圖9是本發(fā)明的圖8的信號(hào)疊加后的擴(kuò)展信號(hào)波形示意圖，是一個(gè)沒有失真的波形，這個(gè)波形是第一級(jí)放大器3輸出的同頻率同相位的波形；第二級(jí)放大器5飽和部分不能真實(shí)的反映線路狀況，但是第一級(jí)放大器3的輸出波形可以反映，所以就可以用第一級(jí)放大器3沒有失真的部分替代第二級(jí)放大器5飽和失真的部分。這樣第二級(jí)放大器5沒有失真的部分保留了信號(hào)的細(xì)節(jié)信息，而飽和的部分由第一級(jí)放大器3的輸出波形替代成真實(shí)信號(hào)，既保證了測(cè)量精度，又達(dá)到了動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。
[0035]本發(fā)明通過新穎的電路設(shè)計(jì)和軟件修正設(shè)計(jì)，至少可提高動(dòng)態(tài)范圍3-6DB，對(duì)應(yīng)激光器功率2-4倍，從而降低對(duì)激光器的功率要求，減小激光器的發(fā)熱問題，并有效的提高了動(dòng)態(tài)范圍。本發(fā)明通過利用低功率激光器，先經(jīng)兩級(jí)低噪聲運(yùn)算放大器產(chǎn)生不同的增益信號(hào)，再經(jīng)混合器輸出大小信號(hào)拼合技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)了低功率激光器在APD和放大器非飽和的情況下，達(dá)到原來大功率激光器的動(dòng)態(tài)范圍。此外，本發(fā)明不僅降低了成本，還減小了激光器的發(fā)熱問題與其輻射傷害的風(fēng)險(xiǎn)，降低了激光器的驅(qū)動(dòng)電流，因此減小了電源對(duì)整體性能的擾動(dòng)影響。[0036]以上結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對(duì)本發(fā)明做出種種變化例。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因而，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，其特征在于:所述光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法是把雪崩光電二極管的陰極端與偏置電壓連接，雪崩光電二極管的陽極端與第一級(jí)放大器聯(lián)接；所述第一級(jí)放大器通過跨阻電阻將來自雪崩光電二極管的電流轉(zhuǎn)換成電壓然后與第二級(jí)放大器連接，同時(shí)將所述電壓作為小電壓信號(hào)連接至信號(hào)混合器；所述第二級(jí)放大器將來自第一級(jí)放大器的電壓信號(hào)再次放大作為大電壓信號(hào)送入信號(hào)混合器；所述信號(hào)混合器將輸入的小電壓信號(hào)和大電壓信號(hào)通過計(jì)算合并，同時(shí)通過信號(hào)控制端進(jìn)行控制，然后通過信號(hào)輸出端輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，其特征在于:所述偏置電壓為經(jīng)過濾波的偏置電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，其特征在于:所述第一放大器為第一級(jí)低噪聲跨阻放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，其特征在于:所述第二級(jí)放大器為第二級(jí)低噪聲放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時(shí)域反射儀動(dòng)態(tài)擴(kuò)展方法，其特征在于:所述第二級(jí)放大器將來自第一級(jí)放 大器的電壓信號(hào)放大為原來的40倍。
【文檔編號(hào)】H04B10/071GK103905113SQ201410124304
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】夏震宇, 翟朝文, 劉平, 沈陽 申請(qǐng)人:浙江天創(chuàng)信測(cè)通信科技有限公司