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光纤检测监测预警系统的设计原理

发布时间:2019-11-21 13:31人气:

       传统的光纤检测监测预警系统大都是基于MCU架构来实现的,虽然MCU系统或DSP处理器在数字信号处理方面功能强大,但难以完成大量实时数据的采集,因采样点少带来的测量误差会累积到测试结果。本设计基于光纤系统的检测原理,设计一种快速光纤检测监测预警系统。数据采集系统采用FPGA做数据处理,可以实现高速实时数据的采集。

  光纤检测是用光纤作为传输介质,以光波作为载波来实现信息传输,从而达到检测目的的一种新检测技术。与传统的电气检测相比,光纤传感技术具有精度和灵敏度高、抗电磁干扰、寿命长、耐腐蚀、成本低、光纤传输损耗极低,传输距离远等突出优点。
  虽然光纤检测具有以上突出的优点,但本身存在的缺陷也不容忽视,比如:光纤的质地脆,容易断裂、机械强度差,弯曲不能过小;供电困难;分路、耦合不灵活;光纤的切断和连接需要特定的工具或设备等。城建施工、洪水侵袭、人为破坏、地壳运动等人为行为或者天灾的破坏,都很容易造成光纤线路的故障。如何有效地保证光纤检测系统的可靠性,一直是一个有待解决的技术难题。本设计在光纤检测的基础之上,通过对光纤检测监测系统的可靠性进行研究。以FPGA代替传统的MCU架构完成数据的采集和处理,能完成高速的实时数据采集,测量误差小,工作可靠性高。
       1.光纤检测系统的测量原理
  目前的光纤测量中,主要是要测量光纤的损耗和断点。主要基于瑞利散射和菲涅尔反射两种光学现象来进行测量。瑞利散射是光纤材料本身固有的性质,由于光纤内部含有的杂质、纤核添加物等产生漫反射,其中部分向后散射形成瑞利背向散射,光纤整个长度上都呈现这种现象。而菲涅尔反射它只是发生在光纤接触到空气时或发生在诸如机械的连接接缝处。因此,光纤损耗的测量所依据的主要是瑞利散射原理;光纤断点的测量所依据的主要原理是菲涅尔反射。
        2.硬件设计
  由脉冲器产生的电脉冲,驱动光源模块产生光脉冲,经方向耦合器射入待测光纤。射入光纤的光脉冲,由于光纤材料本身固有的性质会产生瑞利散射光,连同遇到不平整光纤端面会产生菲涅尔反射光,一起反射回方向耦合器、射至光电二极管,转换成电脉冲。转换后的电信号经由放大器和A/D转换处理后送入数据处理模块,由于此项反射光强度微弱,故需反复传送、收集并进行放大和平均处理。OTDR利用其激光光源向被测光纤反复发送光脉冲来实现测量。

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