摘要：傳統的光纖檢測系統大都是基于MCU架構來實現的，雖然MCU系統或DSP處理器在數字信號處理方面功能強大，但難以完成大量實時數據的采集，因采樣點少帶來的測量誤差會累積到測試結果。本設計基于光纖系統的檢測原理，設計一種快速光纖檢測系統。數據采集系統采用FPGA做數據處理，可以實現高速實時數據的采集。

　　光纖通信是用光纖作為傳輸介質，以光波作為載波來實現信息傳輸，從而達到通信目的的一種新通信技術。與傳統的電氣通信相比，光纖傳感技術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，傳輸距離遠等突出優點。

　　雖然光纖通信具有以上突出的優點，但本身存在的缺陷也不容忽視，比如：光纖的質地脆，容易斷裂、機械強度差，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備等。城建施工、洪水侵襲、人為破壞、地殼運動等人為行為或者天災的破壞，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的可靠性，一直是一個有待解決的技術難題。本設計在光纖通信的基礎之上，通過對光纖通信監測系統的可靠性進行研究。以FPGA代替傳統的MCU架構完成數據的采集和處理，能完成高速的實時數據采集，測量誤差小，工作可靠性高。

　　1 光纖通信系統的測量原理

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

　　瑞利散射損耗可用下式進行近似計算：

　　式(1)中，λ以um為單位，A、B是與石英和摻雜材料有關的常數。

　　菲涅爾反射光的信號強度與反射面狀況和傳輸光的功率相關。對于來自光纖上L點處的菲涅爾反射光，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，P0為注入光纖的峰值功率，β為光纖衰減常數。

　　2 硬件設計

　　如圖1所示為系統硬件設計原理圖。由脈沖器產生的電脈沖，驅動光源模塊產生光脈沖，經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會產生瑞利散射光，連同遇到不平整光纖端面會產生菲涅爾反射光，一起反射回方向耦合器、射至光電二極管，轉換成電脈沖。轉換后的電信號經由放大器和A/D轉換處理后送入數據處理模塊，由于此項反射光強度微弱，故需反復傳送、收集并進行放大和平均處理。OTDR利用其激光光源向被測光纖反復發送光脈沖來實現測量。