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　　摘要：傳統(tǒng)的光纖檢測系統(tǒng)大都是基于MCU架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，雖然MCU系統(tǒng)或DSP處理器在數(shù)字信號(hào)處理方面功能強(qiáng)大，但難以完成大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，因采樣點(diǎn)少帶來的測量誤差會(huì)累積到測試結(jié)果。本設(shè)計(jì)基于光纖系統(tǒng)的檢測原理，設(shè)計(jì)一種快速光纖檢測系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用FPGA做數(shù)據(jù)處理，可以實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集。

　　光纖通信是用光纖作為傳輸介質(zhì)，以光波作為載波來實(shí)現(xiàn)信息傳輸，從而達(dá)到通信目的的一種新通信技術(shù)。與傳統(tǒng)的電氣通信相比，光纖傳感技術(shù)具有精度和靈敏度高、抗電磁干擾、壽命長、耐腐蝕、成本低、光纖傳輸損耗極低，傳輸距離遠(yuǎn)等突出優(yōu)點(diǎn)。

　　雖然光纖通信具有以上突出的優(yōu)點(diǎn)，但本身存在的缺陷也不容忽視，比如：光纖的質(zhì)地脆，容易斷裂、機(jī)械強(qiáng)度差，彎曲不能過小;供電困難;分路、耦合不靈活;光纖的切斷和連接需要特定的工具或設(shè)備等。城建施工、洪水侵襲、人為破壞、地殼運(yùn)動(dòng)等人為行為或者天災(zāi)的破壞，都很容易造成光纖線路的故障。如何有效地保證光纖通信系統(tǒng)的可靠性，一直是一個(gè)有待解決的技術(shù)難題。本設(shè)計(jì)在光纖通信的基礎(chǔ)之上，通過對光纖通信監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行研究。以FPGA代替?zhèn)鹘y(tǒng)的MCU架構(gòu)完成數(shù)據(jù)的采集和處理，能完成高速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，測量誤差小，工作可靠性高。

　　1 光纖通信系統(tǒng)的測量原理

　　目前的光纖測量中，主要是要測量光纖的損耗和斷點(diǎn)。主要基于瑞利散射和菲涅爾反射兩種光學(xué)現(xiàn)象來進(jìn)行測量。瑞利散射是光纖材料本身固有的性質(zhì)，由于光纖內(nèi)部含有的雜質(zhì)、纖核添加物等產(chǎn)生漫反射，其中部分向后散射形成瑞利背向散射，光纖整個(gè)長度上都呈現(xiàn)這種現(xiàn)象。而菲涅爾反射它只是發(fā)生在光纖接觸到空氣時(shí)或發(fā)生在諸如機(jī)械的連接接縫處。因此，光纖損耗的測量所依據(jù)的主要是瑞利散射原理;光纖斷點(diǎn)的測量所依據(jù)的主要原理是菲涅爾反射。

　　瑞利散射損耗可用下式進(jìn)行近似計(jì)算：

　　式(1)中，λ以um為單位，A、B是與石英和摻雜材料有關(guān)的常數(shù)。

　　菲涅爾反射光的信號(hào)強(qiáng)度與反射面狀況和傳輸光的功率相關(guān)。對于來自光纖上L點(diǎn)處的菲涅爾反射光，在光纖注入端測得的光功率Pf(L)為：

　　以上公式中，L為菲涅爾反射處距離光注入端的距離，R為光纖中L處的功率反射系數(shù)，P0為注入光纖的峰值功率，β為光纖衰減常數(shù)。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　如圖1所示為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖。由脈沖器產(chǎn)生的電脈沖，驅(qū)動(dòng)光源模塊產(chǎn)生光脈沖，經(jīng)方向耦合器射入待測光纖。射入光纖的光脈沖，由于光纖材料本身固有的性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生瑞利散射光，連同遇到不平整光纖端面會(huì)產(chǎn)生菲涅爾反射光，一起反射回方向耦合器、射至光電二極管，轉(zhuǎn)換成電脈沖。轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)由放大器和A/D轉(zhuǎn)換處理后送入數(shù)據(jù)處理模塊，由于此項(xiàng)反射光強(qiáng)度微弱，故需反復(fù)傳送、收集并進(jìn)行放大和平均處理。OTDR利用其激光光源向被測光纖反復(fù)發(fā)送光脈沖來實(shí)現(xiàn)測量。