基于嵌入式系统的多功能光时域反射仪.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103124193 A (43)申请公布日 2013.05.29 CN 103124193 A *CN103124193A* (21)申请号 201110372030.1 (22)申请日 2011.11.21 H04B 10/071(2013.01) (71)申请人 上海光家仪器仪表有限公司 地址 200233 上海市徐汇区田州路 99 号 13 号楼 501 室 申请人 上海光维通信技术股份有限公司 (72)发明人 阮志光 郭峰 朱小龙 温长青 (74)专利代理机构 上海智信专利代理有限公司 31002 代理人 胡美强 (54) 发明名称 基于嵌入式系统的多功能光时。

2、域反射仪 (57) 摘要 本发明涉及一种基于嵌入式系统的多功能 光时域反射仪， 其特征在于包括 ： FPGA 采样主板、 VLS 模块、 光功率计模块、 端面检测模块、 液晶屏 显示模块、 按键模块、 ARM 11 嵌入式主板以及外 围接口电路 ； ARM11 嵌入式主板与 FPGA 采样主 板、 VLS 模块、 光功率计模块、 端面检测模块、 液晶 屏显示模块、 按钮模块、 外围接口电路相连 ； 电源 管理电路给上述各模块提供电源 ； 本发明的有益 效果是 ： 针对现有的进口和国产的 OTDR 的不足所 存在的问题， 结合实际中使用的情况而提供一种 控制方便、 体积小、 携带方便的多功能光时。

3、域分析 仪。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103124193 A CN 103124193 A *CN103124193A* 1/1 页 2 1. 一种基于嵌入式系统的多功能光时域反射仪， 其特征在于包括 ： FPGA 采样主板、 VLS 模块、 光功率计模块、 端面检测模块、 液晶屏显示模块、 按键模块、 ARM 11 嵌入式主板以及外 围接口电路 ARM 11 嵌入式主板与 FPGA 采样主板、 VLS 模块、 光功率计模。

4、块、 端面检测模块、 液晶屏显示模块、 按钮模块、 外围接口电路相连 ； 电源管理电路给上述各模块提供电源。 2. 根据权利要求 1 所述的基于嵌入式系统的多功能光时域反射仪， 其特征在于 ： 所述 的 FPGA 采样主板包括 ： FPGA、 1310nm/1550nm 脉冲式激光器、 激光器控制电路、 DAC 芯片、 温 度传感器、 APD 光电管、 高速时钟、 ADC 芯片、 镜像电流源 ； 所述的 FPGA 与 ARM 11 嵌入式主板相连 ； FPGA 与 DAC 芯片相连， 控制 DAC 芯片的第 一路、 第二路以及第三路输出 ； DAC 芯片的第一路输出与激光器控制电路相连， 用来。

5、控制 1310nm/1550nm 脉冲式激光器的发送功率 ； DAC 芯片的第二路通过第一运算放大器与第一 放大器相连， 用来控制放大电路的第一级共模线 ； DAC 芯片的第三路通过第二运算放大器 与第二放大器相连， 用来控制放大电路的第二级共模线 ； FPGA 还通过激光器控制电路与 1310/1550nm 激光器驱动电路相连， 用于控制机关器的脉冲输出 ； FPGA 还与温度传感器相 连， 用于实时监控电路板温度， 根据温度， FPGA 对共模线做相应的调整， 使得共模线处于最 佳的水平线上 ； FPGA 还与高速时钟相连， 保证采样的时序， 使得采样更加快捷准确 ； FPGA 还 与 A。

6、DC 芯片相连， 用于读取采样信号 ； APD 光电管接收到光信号后以电信号的方式输送给第 一级放大器， 将放大后的信号输送给第一级镜像电流源电路， 第一级镜像电流源电路的输 出信号输送给第二级放大器， 处理之后输送给第二级镜像电流源电路， 第二级镜像电流源 电路的输出信号输送给第三级放大器， 第三级放大器的输信号连接到差分放大器， 差分放 大器将信号转成差分信号对后连接到 ADC 芯片做 AD 采样。 3. 根据权利要求 2 所述的基于嵌入式系统的多功能光时域反射仪， 其特征在于 ： 所述 的高速时钟为 100M 高速时钟。 权 利 要 求 书 CN 103124193 A 2 1/3 页 。

7、3 基于嵌入式系统的多功能光时域反射仪 技术领域 0001 本发明涉及一种对光的时域进行分析的仪表， 尤其涉及该仪表的电路模块。 背景技术 0002 光纤通信技术(optical fiber communications)从光通信中脱颖而出， 已成为现 代通信的主要支柱之一， 在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技 术， 其近年来发展速度之快、 应用面之广是通信史上罕见的， 也是世界新技术革命的重要标 志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。 0003 光纤作为目前光通信中光的传输介质， 而光纤的物理特性 ： 脆弱、 易损、 易断， 因此 对光纤的安装和维护是非常重要的事情。

8、。 光在光纤中的传输方式是以全反射的方式向前传 输的， 同时光从一种介质进入另一种介质中会在临界面上产生光的反射和折射， 部分反射 光由于反射角度较大， 使得光的传输方向完全改变而沿着原来的反方向传输。 因此， 通常会 根据其反射光原理来测量光纤的各个点的性能， 这就是目前市场上流行的光时域分析仪。 0004 目前国内市场以进口的光时域分析仪为主， 但其价格之昂贵， 使得很多的用户望 而却步。国内一些研究所和一些企业也推出了自己的光时域分析仪， 但其测量指标却难以 跟进口仪表相比， 对于测量比较简单的场合还可以， 但真正涉及到测量要求比较高的场合， 国产仪表却只能让位给进口仪表。 另外， 目前。

9、进口和国产的仪表的功能都比较单一， 基本上 都只能作为 OTDR( 光时域分析仪 ) 用， 最多带一个红光源。对于需要检查光连接器端面， 测 量光功率， 测量插回损等指标的场合就需要另外利用其它相关的仪表来测量 0005 另外， 目前国内的 OTDR 的指标也远远落后于进口仪表， 盲区普遍都大于 10 米， 而 进口仪表普遍都在 5 米左右。测量距离基本上都不超过 100 公里， 并且如果测量远距离的 时候前端的饱和区很大， 也就是说实际的动态范围是远远达不到要求。 0006 因此， 改进国内现有光时域分析仪的性能， 是技术人员要解决的问题。 发明内容 0007 本发明需要解决的技术问题是提供。

10、了一种基于嵌入式系统的多功能光时域反射 仪， 旨在解决上述的问题。 0008 为了解决上述技术问题， 本发明是通过以下技术方案实现的 ： 0009 本发明包括 ： FPGA 采样主板、 VLS( 可视红光激光光源 ) 模块、 光功率计模块、 端面 检测模块、 液晶屏显示模块、 按键模块、 ARM 11 嵌入式主板以及外围接口电路 ； ARM11 嵌入 式主板与 FPGA 采样主板、 VLS 模块、 光功率计模块、 端面检测模块、 液晶屏显示模块、 按钮模 块、 外围接口电路相连 ； 电源管理电路给上述各模块提供电源。 0010 本发明的有益效果是 ： 为了解决施工人员需要携带多表的情况， 本仪。

11、表还加载了 光功率计模块， 满足对光功率的测量 ； 还携带红光源模块， 可以做为红光源使用 ； 还有回损 仪模块， 可以帮助用户对回损的测量 ； 本仪表还可以加入端面检测仪， 以满足用户对端面的 检测 ； 本仪表采用 WINDOWS CE6.0 操作系统， 使得操作更加简单明了， 更加人性化， 其处理 说 明 书 CN 103124193 A 3 2/3 页 4 速度更加快捷， 软件升级更加方便。 附图说明 0011 图 1 是本发明整体结构框图 ； 0012 图 2 为本发明 FPGA 采样主板的工作示意图。 具体实施方式 0013 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述 ： 0。

12、014 由图 1 可见 ： 本发明包括 ： FPGA 采样主板、 VLS( 可视红光激光光源 ) 模块、 光功率 计模块、 端面检测模块、 液晶屏显示模块、 按键模块、 ARM 11 嵌入式主板以及外围接口电路 ； ARM 11 嵌入式主板与 FPGA 采样主板、 VLS 模块、 光功率计模块、 端面检测模块、 液晶屏显示 模块、 按钮模块、 外围接口电路相连 ； 电源管理电路给上述各模块提供电源。 0015 ARM 11 嵌入式主板装有 WINDOW CE6.0 操作系统， 完成人机交换和数据处理工作， FPGA 采样主板负责 OTDR 功能的数据采集， 并将采样到的数据传输给 ARM11 。

13、做处理， 并将结 果显示出来。光功率计模块测量光功率， 并将测量结果传输给 ARM11， 完成数据的处理和显 示。由于 ARM11 还与 VLS 红光源模块相连， 控制其红光源的工作状态。端面检测模块将端 面检测画面直接输送给 ARM11， 通过液晶屏显示画面。 0016 本发明采用的 VLS 模块、 光功率计模块、 端面检测模块、 液晶屏模块、 按钮模块以 及 ARM11 嵌入式主板是现有技术产品。 0017 由ARM 11(三星S3C6410)为核心的嵌入式主板 ； 嵌入式主板用于完成人机交换和 数据处理。FPGA 采样主板完成光信号转成电信号后的高速采样， 以及完成激光器的控制以 及信号。

14、放大电路的自动调控。 0018 ARM11 与 FPGA(Altera EP4CE6F17I8N) 通信， 读取 FPGA 采样到的数据， ARM11 通过 设置参数将读取到的数据进行相应运算后并将结果 ( 计算结果和曲线 ) 显示在 7 寸液晶屏 上。 ARM 11还与光功率计模块相连， 将光功率计模块测量到的光功率参数显示到液晶屏上。 ARM 11 还与 VLS( 可视红光激光模块 ) 相连， 可以控制 VLS 模块发出可见红光， 方便用户测 量。ARM 11 通过 USB 还与端面检测仪相连， 将端面检测仪的检测画面显示到液晶屏上。 0019 由图 2 可见 ： FPGA 采样主板包括 。

15、： FPGA、 1310nm/1550nm 脉冲式激光器、 激光器控 制电路、 DAC( 数模转换 ) 芯片、 温度传感器、 APD( 雪崩二极管 ) 光电管、 高速时钟、 ADC( 模 数转换 ) 芯片、 镜像电流源 ； 0020 所述的 FPGA 与 ARM11 嵌入式主板相连， 接收到 ARM11 发过来的命令， 根据命令做 相应的设置和测量 ； FPGA 与 DAC 芯片相连， 控制 DAC 芯片的第一路、 第二路以及第三路输 出， DAC 芯片的第一路输出与激光器控制电路相连， 用来控制 1310nm/1550nm 脉冲式激光器 的发送功率 ； DAC 芯片的第二路通过第一运算放大器。

16、与第一放大器相连， 用来控制放大电 路的第一级共模线 ； DAC 芯片的第三路通过第二运算放大器与第二放大器相连， 用来控制 放大电路的第二级共模线 ； FPGA 还通过激光器控制电路与 1310/1550nm 激光器驱动电路相 连， 用于控制机关器的脉冲输出 ； FPGA 还与温度传感器相连， 用于实时监控电路板温度， 根 据温度， FPGA 对共模线做相应的调整， 使得共模线处于最佳的水平线上 ； FPGA 还与高速时 钟相连， 保证采样的时序， 使得采样更加快捷准确 ； FPGA 还与 ADC( 模数转换 ) 芯片相连， 用 说 明 书 CN 103124193 A 4 3/3 页 5 。

17、于读取采样信号 ； APD 光电管接收到光信号后以电信号的方式输送给第一级放大器， 将放 大后的信号输送给第一级镜像电流源电路， 第一级镜像电流源电路的输出信号输送给第二 级放大器， 处理之后输送给第二级镜像电流源电路， 第二级镜像电流源电路的输出信号输 送给第三级放大器， 第三级放大器的输信号连接到差分放大器， 差分放大器将信号转成差 分信号对后连接到 ADC 芯片做 AD 采样。 0021 LD 双波长激光器及其驱动电路， 激光器采用了负电源驱动的方式， 利用继电器自 由切换激光器波长， DA 调整激光器的输出功率 ； FPGA 采用的 400M 主频， ADC 转换频率达到 了 65M，。

18、 使得采样精度更高， 分别率更好。为了提高测量的灵敏度， 光电接收管采用了 APD， 外加 60V 偏压， 前端放大电路采用分档式， 根据测量光路的特性选择最佳的测量设置， 电路 中还加了频率响应电路， 以消除电路的频率共振， 为了提高信噪比， 电路中采用了电压信号 向电流信号的转化， 然后又由电流信号向电压信号的转换 ( 即镜像电流源电路 )。 0022 APD 光电转换电路 ； APD 用于将光信号转成电信号。前端放大电路 ： 前端放大电路 用于将光电转换后的微弱信号进行去噪处理和放大处理， 然后将处理后的信号传送给差分 运放， 差分运放将信号转成差分信号。ADC 转换器 ： ADC 转成。

19、器用于将差分运放输出的差分 信号转成相应的数字信号 ( 即完成模数转成 )。 0023 本发明包含自动控制电路， 自动控制包括激光器的输出功率控制， 共模电平的自 动调控。激光器的输出功率自动调控是为了满足测试中不同的测试环境， 不同的测量距离 利用不同的光功率来测量， 以达到更大的测量动态。 共模电平的自动调控， 因为随着温度的 变化和前端放大电路的不同增益的变化， 其共模电平也会相应的变化， 而共模电平的变化 使得差分运放输出的差分信号对也会变化， 从而影响 ADC 芯片的测量范围， 而共模电平的 自动调控就正好能解决掉这个问题， 方法是 ： 利用 DAC 输出一个电平， 然后给运算放大器。

20、， 将放大后的信号输出给信号放大器的负输入端， 以达到调控共模电平的效果， FPGA 采样主 板还包含 1310nm 和 1550nm 两个脉冲式激光器 (LD)， 用于发出脉冲信号。 0024 所述 FPGA 还与 100M 高精度高速时钟相连， 保证测量距离的正确性。 0025 所述FPGA还与温度传感器相连， 用于实时监测机内温度， ARM 11通过FPGA读取温 度值， ARM11 根据读到的温度值， 对测试参数做相应的调整， 使得测试更加精准， ARM 11 一 可以根据温度值判断出部分故障， 并进行保护和发出故障警告， 严重时自动切断电源。 0026 本发明针对现有的进口和国产的 。

21、OTDR 的不足所存在的问题， 结合实际中使用的 情况而提供一种控制方便、 体积小、 携带方便的多功能光时域分析仪。 0027 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。 本行业的技术 人员应该了解， 本发明不受上述实施例的限制， 上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理， 在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进， 这些变 化和改进都落实到要求保护的本发明范围内。 本发明要求保护范围由所附的权利要求书及 其等效物界定。 说 明 书 CN 103124193 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103124193 A 6 。