一种基于FPGA的光纤检测系统的制作方法

本实用新型涉及光纤检测技术领域，尤其涉及一种基于fpga的光纤检测系统。

背景技术：

光纤传感技术近年来开始广泛应用于基础设施的监测领域，主要应用在结构形变，交通流量，管道渗漏等各种监测场景中。光纤传感器比传统的传感器系统具有无可比拟的优点，从系统材料本身来说，体积小、重量轻；从抗干扰能力来说，光纤对周围的环境干扰不敏感，而且对电的绝缘性非常高，不怕电磁波、雷场、电场产生的各种干扰，可靠性能高；从功能来说，光纤不仅可以作为探测元件探测信息，还能作为传输元件，用来传输传感信息；从灵敏度来说，光纤元件灵敏度非常高。但是基于此设计的光纤检测系统需要复杂的参数调节器件进行参数调制，比如输出功率、脉冲带宽、频率等，但当检测对象变化或改变检测对象，需要更改参数设置时，更换参数调节器件造成使用不便，且参数调节器件的选型使得参数设置不够灵活，可能会限制检测系统的性能。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本实用新型提供一种基于fpga的光纤检测系统，使检测系统使用更便利，参数设置更灵活。

(二)技术方案

基于上述的技术问题，本实用新型提供一种基于fpga的光纤检测系统，包括fpga微控制器、光纤采集系统、驱动模块，所述fpga微控制器包括驱动控制模块、信号处理模块，所述驱动控制模块与驱动模块相连，所述信号处理模块与光纤系统相连，用于对光纤采集系统的采集信号进行信号处理；所述驱动模块包括一端分别与光纤采集系统中的光器件相连，另一端与所述驱动控制模块相连的驱动电路，用于完成对应光器件的电信号驱动功能，以及实现其控制与调节其对应光器件参数的作用，

进一步的，所述光器件参数包括输出功率、输出频率、脉冲带宽、电流。

进一步的，所述fpga微控制器与pc机通过无线gprs/4g或者rs485连接。

进一步的，所述光纤采集系统为分布式光纤采集系统，包括依次连接的窄线宽激光器、第一耦合器、脉冲光调制器、第一掺饵光纤放大器edfai、环形器、传感光纤，也与第一耦合器依次连接的第二掺饵光纤放大器edfaii、布里渊激光器、第二耦合器、双平衡探测器、模数转换模块，环形器与第二耦合器相连，所述环形器为顺时针方向；

所述驱动模块包括一端分别与窄线宽激光器、脉冲光调制器、edfai、edfaii、布里渊激光器连接，另一端与fpga微处理器的驱动控制模块连接的第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、第四驱动电路、第五驱动电路；所述第一驱动电路用于控制窄线宽激光器的开关和输出功率的调节，所述第二驱动电路用于控制脉冲光调制器的开关，以及输出频率和脉冲带宽的调节，所述第三驱动电路用于控制edfai的开关和电流调节，所述第四驱动电路用于控制edfaii的开关和输出功率调节，第五驱动电路用于控制布里渊激光器的开关。

优选地，所述光器件参数设置如下：窄线宽激光器的波长固定为1550.02nm，激光源输出功率为12mw，脉冲调制器脉冲宽度设置为300ns，脉冲重复频率为8khz；edfai的输入光波长已固定为1550.02nm，工作模式为apc模式，edfai的功率设置为230mw；edfaii的输入光波长已固定为1550.02nm，工作模式为acc模式，edfaii的脉冲光放大器调制电流输出设置为210ma。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：

(1)在检测过程中，若检测对象发生了变化或改变了检测对象，检测系统的参数需要重新设置时，可以重新调整到合适的参数，包括输出功率、脉冲输出频率、脉冲带宽、输出电流等，无需重新对参数调节器件选型、更换，使检测更便利；

(2)本实用新型参数的设置更灵活，无需受参数调节器件选型的限制，将参数调整到更合适，能有效减少干扰，使生成的频谱图更光滑，检测结果更准确，检测性能达到更佳；

(3)本实用新型通过检测探测光和参考光得到的布里渊散射光的频移大小，测得光纤应变或温度，分布式光纤测量的抗干扰能力更强，测量结果更准确；

(4)通过fpga设置参数，无需更换参数调节器件，适用于光纤检测系统的多次、长期使用，节约成本；

(5)本实用新型利用fpga驱动各光器件并控制调节光器件的参数设置，无需更多的参数调节器件，使整个光纤检测系统更简便；

(6)本实用新型也可将分布式光纤采集系统更换成其它的光纤采集系统，仍然由fpga微处理器、驱动电路控制光器件的参数设置，适用范围广泛。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：

图1为本实用新型实施例基于fpga的分布式光纤检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型公开了一种基于fpga的光纤检测系统，包括fpga微控制器、光纤采集系统、驱动模块，所述fpga微控制器包括驱动控制模块、信号处理模块，所述驱动控制模块与驱动模块相连，所述信号处理模块与光纤系统相连，用于对光纤采集系统的采集信号进行信号处理；所述驱动模块包括与光纤采集系统中的光器件分别相连的驱动电路，用于完成对应光器件的电信号驱动功能，以及实现其控制与调节其对应光器件参数的作用。

以具体的一种基于fpga的分布式光纤应变或温度检测系统进行说明，如图1所示，包括fpga微控制器、分布式光纤采集系统、驱动模块。

所述fpga微控制器包括驱动控制模块、信号处理模块，所述信号处理模块与光纤系统的模数转换模块相连，用于对光纤系统的采集信号进行信号处理，fpga微控制器与pc机通过无线gprs/4g或者rs485连接；

所述分布式光纤采集系统包括窄线宽激光器、第一耦合器、脉冲光调制器、第一掺饵光纤放大器edfai、环形器、传感光纤、第二掺饵光纤放大器edfaii、布里渊激光器、第二耦合器、双平衡探测器、模数转换模块，窄线宽激光器连接第一耦合器，第一耦合器依次连接脉冲光调制器、edfai、环形器、传感光纤，第一耦合器也依次连接edfaii、布里渊激光器、第二耦合器，环形器也与第二耦合器相连，第二耦合器依次连接双平衡探测器、模数转换模块到fpga的信号处理模块，所述环形器为顺时针方向；

所述驱动模块包括一端分别与窄线宽激光器、脉冲光调制器、edfai、edfaii、布里渊激光器连接，另一端与fpga微处理器的驱动控制模块连接的第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、第四驱动电路、第五驱动电路，均采用rs232串口连接，所述第一驱动电路用于控制窄线宽激光器的开关和输出功率的调节，所述第二驱动电路用于控制脉冲光调制器的开关，以及输出频率和脉冲带宽的调节，所述第三驱动电路用于控制edfai的开关和电流调节，所述第四驱动电路用于控制edfaii的开关和输出功率调节，第五驱动电路用于控制布里渊激光器的开关。

使用该基于fpga的光纤检测系统时，首先，建立该基于fpga的光纤检测系统；然后，通过fpga微处理器、各驱动电路将各光器件设置适宜参数，使干扰最小，频谱图最光滑，具体如下：fpga微控制器发出指令控制第一驱动电路，从而启动激光器后输出连续的光信号，并设置好光信号的输出功率；fpga微控制器发出指令控制第二驱动电路，从而启动脉冲光调制器，同时，设置脉冲的输出频率和脉冲带宽，输出脉冲波形注入脉冲光调制器的调制信号输入端；fpga微控制器发出指令控制第三驱动电路，从而启动edfai并设置好驱动电流；fpga微控制器发出指令控制第四驱动电路，从而来启动edfai并设置好输出光的功率；fpga微控制器发出指令控制第五驱动电路，从而来启动布里渊激光器。

例如将参数设置如下最为适宜：窄线宽激光器的波长固定为1550.02nm，激光源输出功率为12mw，脉冲调制器脉冲宽度设置为300ns，脉冲重复频率为8khz；掺饵光纤放大器edfai的输入光波长已固定为1550.02nm，工作模式为apc自动功率控制模式，edfai的功率设置为230mw；掺饵光纤放大器edfaii的输入光波长已固定为1550.02nm，工作模式为acc自动电流控制模式，所以只需设置驱动电流大小即可，通过调节驱动电流大小改变输出光功率大小，edfaii的脉冲光放大器调制电流输出设置为210ma。

再然后，驱动所述基于fpga的光纤检测系统进行检测：第一耦合器将窄线宽激光器生成的光信号分成两路，一路为探测脉冲光，另一路为参考脉冲光；所述探测脉冲光经脉冲光调制器和edfai处理后，因环形器为顺时针方向，输入传感光纤，所述探测脉冲光在传感光纤中产生自发布里渊散射光，所述布里渊散射光返回环形器，并输入第二耦合器的一端；所述参考脉冲光经edfaii和布里渊激光器处理输出给第二耦合器等波长的保持原频率的布里渊散射光；第二耦合器将两路脉冲光的布里渊散射光信号输入双平衡探测器，在双平衡探测器中进行相干探测后被转化为电信号，经模数转换模块，传输给所述信号处理模块，在fpga微控制器中进行信号处理，包括数字平均累加处理、morlet小波变换、傅里叶变换，得到布里渊散射光的频移大小，而布里渊频移的大小与其承受的应变和所处的温度之间存在一定的函数关系，一般为正比的函数关系，从而测得光纤应变或温度。

若检测对象发生了变化或改变了检测对象，检测系统的参数需要重新设置时，只需将各光器件的参数重新调整到合适值，然后继续检测，无需更换参数调节装置。

综上可知，上述的一种基于fpga的光纤检测系统，具有以下优点：

(1)在检测过程中，若检测对象发生了变化或改变了检测对象，检测系统的参数需要重新设置时，可以重新调整到合适的参数，包括输出功率、脉冲输出频率、脉冲带宽、输出电流等，无需重新对参数调节器件选型、更换，使检测更便利；

(2)本实用新型参数的设置更灵活，无需受参数调节器件选型的限制，将参数调整到更合适，能有效减少干扰，使生成的频谱图更光滑，检测结果更准确，检测性能达到更佳；

(3)本实用新型通过检测探测光和参考光得到的布里渊散射光的频移大小，测得光纤应变或温度，分布式光纤测量的抗干扰能力更强，测量结果更准确；

(4)通过fpga设置参数，无需更换参数调节器件，适用于光纤检测系统的多次、长期使用，节约成本；

(5)本实用新型利用fpga驱动各光器件并控制调节光器件的参数设置，无需更多的参数调节器件，使整个光纤检测系统更简便；

(6)本实用新型也可将分布式光纤采集系统更换成其它的光纤采集系统，仍然由fpga微处理器、驱动电路控制光器件的参数设置，适用范围广泛。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。