目   次

1  绪论3

2 原理简介 4

2。1 OTDR工作原理 4

2。2 数据采集原理 7

3  数据采集系统硬件设计 8

3。1 A/D转换的原理 8

3。2 A/D转换的总体框图8

3。3 ADC芯片及其驱动9

3。4 FPGA模块10

3。5 A/D转换模块的实物图12

  4  脉冲发生器硬件设计 13

4。1 设计需求 13

4。2 设计方案13

4。3 芯片硬件设计 15

4。4电路模块的PCB设计20

4。5 PCB实物图 23

5  脉冲发生器软件设计 24

5。1 Lattice CPLD软件设计 24

5。2 PIC软件设计26

5。3程序仿真28

6  总结与展望  31

  结论32

致谢  33

参考文献34

附录A Lattice程序36

1 绪论

1996年，“光纤通信之父”高锟提出光纤用于光通信的预想。在此理论基础上，1970年康宁公司研制出损耗为20dB/km的光纤，为光纤通信的发展提供了必要条件。光纤的损耗和色散是限制光通信的传播容量和传播距离的主要因素，所以如何改善光纤特性是光通信发展的一个重要议题。光通信系统的码速距离积一再提高，几乎每四年增加一个数量级，极大地满足了人们对信息传递的速度、质量及容量的需求。在光通信的发展历程中，各种新技术不断涌现，它们将推动光通信技术不断地演进。

光纤通信技术在发展的同时也面临挑战，人为破坏、恶劣的自然环境都可能造成光纤链路的故障甚至瘫痪，导致严重的经济损失。OTDR(Optical Time Domain Reflectometry)光时域反射计可以用来测量光纤链路中的传输特性，通过分析事件的数据信息确定故障和位置。

OTDR是分布式光纤传感的一种，在此基础上，BOTDR（布里渊光时域反射计）和BOCDR(布里渊光相关域反射计）等技术也得以发展。分布式光纤传感对结构健康监测（SHM）来说是一个很有吸引力的技术，在民用基础设施方面，可以用于桥梁、轨道和土地检测。

国外，对OTDR分布式光纤传感的研究开始较早。如今分布式光纤传感器的商业化和工业化已经得以实现。在某些发达国家，已经研制出动态范围和空间分辨率处于极高水平的OTDR。美国的Agilent、日本的安立都很早着手这方面的研究并取得不错的进展。

我国对分布式光纤传感的研究开始于上世纪八十年代。早前主要进行试验研究，并没有完成光纤传感的产业化。尽管在试验中成果显著，但由于某些技术问题的限制，加上人力、物力不足，OTDR光纤分布式传感器没有像国外一样实现专业化、产品化的生产。

可喜的是，国内一些高校和研究所一直有这方面的理论研究和系统设计，甚至有自己的研发产品。他们找出很多途径来改善OTDR的性能，如脉冲编码的方式能够在保证分辨率的同时提高OTDR的动态范围；要达到同时提高动态范围和空间分辨率的目的，得在信号处理时尽量提高系统信噪比，所以一般高速、连续的数据采集方式。

2 原理简介

2。1  OTDR工作原理

     OTDR利用瑞利散射和菲涅尔反射来体现光纤的传输特性。光信号沿着光纤产生无规律散射而形成瑞利散射,整段光纤的所有点都能产生瑞利散射，因此瑞利散射是连续的。菲涅尔反射就是平常所理解的光反射，是指光从一种介质传到另一种介质中,菲涅尔反射是离散的，只在光纤上的个别点上发生。一束光传播在光纤中会因为与微粒的作用发生瑞利散射，但在断点、接头和弯曲的地方会产生菲涅尔反射，接收和分析瑞利散射和菲涅尔反射的光强度就是OTDR的设计原理。