光纤寻障仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种光纤寻障仪，所述光纤寻障仪包括依次相连的ARM控制器、现场可编程门阵列、法布里-珀罗脉冲激光器、光环行器，光环行器的第二个端口与待测光纤相连，光环行器的第三个端口与雪崩光电二极管、信号调理模块、现场可编程门阵列依次相连。本实用新型便携性好、定位精度高，能快速精确的检测出光纤光缆故障点的位置。
【专利说明】光纤寻障仪
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光通信测试仪表领域，更确切的说，是涉及一种光纤寻障仪。
【背景技术】
[0002]伴随着我国城市化的不断推进，由道路和桥梁建设、管道铺设以及人为破坏等因素导致的光缆故障越来越多，加之早期铺设的光缆日益老化、故障频发，传统的故障定位方式耗时长、使用不便、定位精度低，通过对光纤网络进行监测分析从而快速排查故障，缩短故障恢复时间，对电信业有着越来越高的价值。
[0003]光纤链路中不可避免的存在一些故障点，有些熔接点会带来较大衰减；外界应力会引起光纤的过度弯曲导致模场不匹配，并损失光功率；活动连接器没有充分对准也会带来较大损耗；光纤中的断裂面会导致折射率不匹配而产生较强的菲涅尔反射。光缆故障定位的原理是将高功率窄脉冲光信号注入到待测光纤光缆中，如果光纤中存在熔接点、活动连接器、断裂面、弯曲或尾端时，就会产生背向散射并返回到输入端，在光纤输入端检测到的回波脉冲信号出现的时刻与光纤中各个故障事件点的位置一一对应，因此故障事件点的位置可通过发送脉冲与接收脉冲的间隔时间求出。
[0004]目前被广泛使用的OTDR(光时域反射仪)成本高、体积大，用户难以承受，光纤寻障仪作为OTDR的简化版在工程上有更广阔的市场应用前景。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种便携性好、定位精度高的长距离光纤寻障仪，本实用新型能快速精确的检测出光纤光缆故障点的位置。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的:光纤寻障仪，包括依次相连的ARM控制器、现场可编程门阵列、法布里-珀罗脉冲激光器、光环行器，光环行器的第二个端口与待测光纤相连，光环行器的第三个端口与雪崩光电二极管、信号调理模块、现场可编程门阵列依次相连。
[0007]所述的光纤寻障仪，信号调理模块包括依次相连的前置放大电路、模数转换电路，前置放大电路与雪崩光电二极管相连，模数转换电路与现场可编程门阵列相连。
[0008]所述的光纤寻障仪，现场可编程门阵列与法布里-珀罗脉冲激光器之间接有激光器驱动电路，雪崩光电二极管接有偏压控制电路。
[0009]所述的光纤寻障仪，ARM控制器接有液晶触摸显示屏。
[0010]所述的光纤寻障仪，整个光纤寻障仪由电源管理模块提供电源。
[0011]所述的光纤寻障仪，现场可编程门阵列采用型号为EP4CE15F17C8N的芯片，其上设有RS232、AS (主动配置)、JTAG端口，并与ARM控制器(型号为STM32)和高速晶振(频率50MHz)相连。
[0012]所述的光纤寻障仪，前置放大电路包括相连的光电转换电路和微分电路，光电转换电路与雪崩光电二极管相连，微分电路与模数转换电路相连，模数转换电路采用高速比较器。
[0013]所述的光纤寻障仪，激光器驱动电路包括相连的开关电路(芯片型号为IC-HK)和保护电路，开关电路与法布里-珀罗脉冲激光器相连。
[0014]本实用新型的优点在于:本实用新型的电源模块具有锂电池充电管理功能，仪器有更长的续航时间；本实用新型的动态范围达到80km，能同时实现对反射和非反射故障事件的定位，定位精度高，性能可靠，重复性好，一键式操作，单次测量可检测多达8个故障点。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的系统框图。
[0016]图2为本实用新型的电路框图。
【具体实施方式】
[0017]本实用新型包括:ARM控制器、FPGA、法布里-珀罗脉冲激光器、雪崩光电二极管、信号调理模块、液晶触摸显示屏、光环行器和电源管理模块，所述FPGA产生窄脉宽周期性脉冲信号驱动法布里-珀罗脉冲激光器，经所述的光环行器注入待测光纤，由所述的雪崩光电二极管完成后向散射光的光电转换，并经过所述的信号调理模块对电信号进行放大、微分、模数转换，并由所述FPGA完成对后向散射脉冲的采集和处理，将故障定位结果发送给所述ARM控制器，并由所述的液晶触摸显示屏完成人机交互。所述的电源模块具有锂电池充电管理功能，续航时间长。本实用新型通过法兰与待测光纤连接，实现单端无损测量，多达八点显示，测量速度快，携带方便，性能可靠，重复性好。
[0018]本实用新型的原理是:FPGA产生多种脉宽的电脉冲信号(脉宽有20ns、40ns、100nsUusU0usU00us)触发脉冲激光器驱动电路，使法布里-珀罗脉冲激光器发出特定宽度的脉冲光，然后由环形器注入到待测光纤，经后向散射回来的光信号由APD雪崩光电二极管将光信号转换为电信号，完成背向光信号的接收，光电流经过高带宽光电转换电路进行电流-电压转换，然后经过微分电路放大信号的突变，通过高速比较器将输入的模拟信号转换成数字信号供FPGA检测，得到从发出脉冲至接收到回波脉冲的间隔时间，间隔时间对应着故障点的位置。
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述:
[0020]参见图1，图中的ARM控制器型号为低功耗高性能的STM32F103VCT6，本实用新型包括:ARM控制器、FPGA、法布里-珀罗脉冲激光器、APD雪崩光电二极管、信号调理模块、液晶触摸显示屏、光环行器和电源模块，FPGA产生不同脉宽的电脉冲信号(脉宽有20ns、40ns、100ns、lus、10us、10us)触发1550nm脉冲激光器驱动电路，使法布里-珀罗脉冲激光器发出特定宽度的脉冲光，然后由光环行器注入到待测光纤，经后向散射回来的光信号由APD雪崩光电二极管将光信号转换为电信号，完成背向光信号的接收，光电流经过高带宽光电转换电路进行电流-电压转换，然后经过微分电路放大信号的突变，通过高速比较器将输入的模拟信号转换成数字信号供FPGA检测，得到从发出脉冲至接收到回波脉冲的间隔时间，间隔时间对应着故障点的位置。FPGA通过串口与ARM控制器进行通信。
[0021]参见图2，为使光纤寻障仪具有大动态范围，法布里-珀罗脉冲激光器应输出高峰值功率，本实用新型采用专用脉冲激光器驱动芯片调制法布里-珀罗脉冲激光器，使其光脉冲峰值功率高于70mW。从远距离光纤反射回来的待探测信号非常微弱，该信号的脉宽最小仅为20ns，信号调理模块具有大信噪比和高工作带宽，微分电路的作用是放大背向散射光信号的突变，光纤寻障仪需要检测的就是背向散射光强的突变，衰减事件对应着背向散射光强的突然减弱，反射事件则对应着背向散射光强的突然增强。FPGA采用Cyclone IV系列的EP4CE15F17C8N，内核工作频率为200MHz，采样间隔仅为5ns，保证不会出现“漏采集”，定位精度非常高。电源模块采用锂电池充电管理电路提高仪器的续航时间，并且更加节能环保。
[0022]为适应不同长度光纤链路的测试需求，应用时可输出6种不同脉宽的光脉冲，分别为20ns、40ns、100ns、lus、10us、100us。通过高速定时器得到回波脉冲与发送脉冲的延时，去噪后就可以根据光纤长度与延时的关系得出故障事件点的位置信息。
[0023]本实用新型已经成功完成了对多种不同长度G.652单模光纤的测试，测量范围为15m?80km，性能可靠，重复性好，最多同时显示8个故障点，使用者只需设置待测光纤折射率，测试结果一目了然。
[0024]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.光纤寻障仪，其特征在于:包括依次相连的ARM控制器、现场可编程门阵列、法布里-珀罗脉冲激光器、光环行器，光环行器的第二个端口与待测光纤相连，光环行器的第三个端口与雪崩光电二极管、信号调理模块、现场可编程门阵列依次相连。
2.根据权利要求1所述的光纤寻障仪，其特征在于:信号调理模块包括依次相连的前置放大电路、模数转换电路，前置放大电路与雪崩光电二极管相连，模数转换电路与现场可编程门阵列相连。
3.根据权利要求1所述的光纤寻障仪，其特征在于:现场可编程门阵列与法布里-珀罗脉冲激光器之间接有激光器驱动电路，雪崩光电二极管接有偏压控制电路。
4.根据权利要求1所述的光纤寻障仪，其特征在于:ARM控制器接有液晶触摸显示屏。
5.根据权利要求1所述的光纤寻障仪，其特征在于:整个光纤寻障仪由电源管理模块提供电源。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的光纤寻障仪，其特征在于:现场可编程门阵列采用型号为EP4CE15F17C8N的芯片，其上设有RS232、AS、JTAG端口，并与ARM控制器和高速晶振相连。
7.根据权利要求2所述的光纤寻障仪，其特征在于:前置放大电路包括相连的光电转换电路和微分电路，光电转换电路与雪崩光电二极管相连，微分电路与模数转换电路相连，模数转换电路采用高速比较器。
8.根据权利要求3所述的光纤寻障仪，其特征在于:激光器驱动电路包括相连的开关电路和保护电路，开关电路与法布里-珀罗脉冲激光器相连。
【文档编号】H04B10/07GK204145500SQ201420543447
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】李恒超, 许昌平, 李晓磊, 钱银博, 李嫔娉 申请人:武汉光谷互连科技有限公司