01基于MSP430的便携式光纤断点寻测仪的设计
基于MSP430的便携式睡眠监测仪的设计
０ 引 言
Ｚ ＨＡＮ Ｊａ Ｉ ｅ ｌｎ ’ Ｇ ｉｎ ，Ｔ ＡＮ Ｘｕ — ｇ ｏ
，
Ｌ —ａ ＩＹｉｙ ｎ
（ ． ｃｏ ｌ ｆ ｉｅ ｇ ｅｒ ｇ Ｃ ｏ ｇ ｉｇＵ ｉｅｓ ｙ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ４ ０ ３ ， ｈｎ ； １ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｏ ｎ ｉ ｅｉ ， ｈ ｎ ｑｎ ｎｖｒｉ ， ｈ ｎ ｑｎ ００ ０ Ｃ ｉａ Ｂ ｎ ｎ ｔ ２ Ｃ ｏ ｇ ｉｇＥ ｇ ｅｒ ｇＲ ｓａｃ ｅ ｔｒｆｒＭ ｅｉ ｌ ｌｃ ｏ ｉｓ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ４０ ３ ， ｈｎ ） ． ｈ ｎ ｑｎ ｎ ｉ ｅｉ ｅｅｒｈＣ ｎｅ ｏ ｄｃ ｅｔ ｎｃ ｃｎ ｌ ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ００ Ｃ ｉａ ｎ ｎ ａＥ ｒ Ｔ ｇ
（． １ 重庆大学 生物工程学院 ， 重庆 ４０ ３ ０ ００；
２ 重庆市医疗电子技术工程研究中心 ， 庆 ４０３ பைடு நூலகம் ． 重 ０ ００
摘 要 ：睡眠质量对人的健康至关重要 ， 为减小 多导睡 眠图仪监测睡 眠时给患者带来 的生理心理负荷 ， 采
【免费下载】基于MSP430的便携式低功耗心电检测仪
心电检测的实现：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资，配料不置试仅技卷可术要以是求解指，决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高与中带资负料荷试下卷高问总中题体资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下，安与要全过加，度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高；试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中，核资或对料者定试对值卷某，弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试，.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置，弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误，试高要方中求案资技，料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高，术料课中并3中试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术，管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高，案中为；资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资，管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装，工置合作调理并试利且技用进术管行，线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确：指灵在导活分。。线对对盒于于处调差，试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷，术调应问试采题技用，术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔，变开需压处要器理在组；事在同前发一掌生线握内槽图部内 纸故，资障强料时电、，回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资，料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而，与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检，卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
基于MSP430便携式检波测试仪的设计
基于MSP430便携式检波测试仪的设计李福林【期刊名称】《自动化技术与应用》【年(卷),期】2011(030)003【摘要】便携式检波测试仪选取超低功耗的16位单片机MSP430为主控MCU.选择μ/OS-Ⅱ作为系统地实时操作系统,采用低功耗的智能处理策略,实现多任务处理、超长待机,便于野外长时间作业.%This article introduces a portable testing instrument of seismic detector based on MSP430F148, which is an ultra-low power 16-bit micro controller. It is coupled with the μ C/OS-Ⅱ that is multi-tasking real-time operating system. The system software uses low-power smart strategy to achieve long standby. It is easy operated for the high precision detection of the seismic detector in a long-time field.【总页数】4页(P61-64)【作者】李福林【作者单位】黑龙江省质量监督检测研究院,黑龙江,哈尔滨,150050【正文语种】中文【中图分类】TM930.114【相关文献】1.基于STM32的便携式地震检波器测试仪的设计 [J], 李科;陈紫强;谢跃雷2.基于MSP430G2553便携式脉搏测试仪的设计 [J], 郑和3.基于MSP430F149单片机的便携式脉搏测试仪的设计 [J], 李繁4.基于MSP430G2452单片机的便携式脉搏测试仪设计 [J], 付晓军;卢丽君5.基于MSP430的便携式脉搏测试仪系统的设计与实现 [J], 李艳红;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于MSP430单片机的便携式动态心电监护仪研制的开题报告
基于MSP430单片机的便携式动态心电监护仪研制的开题报告一、选题背景及意义随着人民生活水平不断提高，人们对健康的关注度也越来越高，特别是针对心脏健康问题。
心电监护仪作为一种医疗设备，具有判断心脏疾病、提供诊断依据等重要作用。
市面上的心电监护仪大多为专业医用设备，价格昂贵、使用复杂，不能满足一些特殊人群或家庭自我监护的需要。
因此，开发一种小巧、精准、简单易用的便携式动态心电监护仪成为了当前的研究热点。
基于MSP430单片机的便携式动态心电监护仪研制的意义在于，能够将高精度心电监测设备集成于一个小型设备内，既能够满足用户的随时用心电图仪的需求，也能够用于初级医疗单位或家庭自我监护。
该监护仪设计简单、价格低廉，用户易于操作、便于维护，具有很高的实用价值。
二、目标和研究内容本项目旨在研制一种基于MSP430单片机的便携式动态心电监护仪。
该监护仪具备以下主要目标：1.小巧便携：监护仪的体积小、重量轻，用户可随身携带，随时进行心电监测。
2.高精度：监护仪能够精确地测量心电信号，提供可靠的诊断依据。
3.易于操作：监护仪设计简单，用户易于操作。
4.实用价值高：监护仪价格低廉、维护方便，具有很高的实用价值。
为实现以上目标，本项目主要研究内容如下：1.硬件设计：设计合适的电路板，集成所需的传感器和其他设备，构建完整的监护仪硬件系统。
2.软件设计：基于MSP430单片机，编写相应的程序，实现心电信号的采集、传输和显示等功能。
3.实验测试：进行实验测试，测试监护仪的可靠性、精准度和稳定性，优化软硬件系统。
三、技术路线和研究方法本项目的技术路线主要包括监护仪的硬件设计、软件设计和实验测试三个方面，具体如下：1.硬件设计：(1)根据监护仪的需求，设计合适的电路板。
(2)采集心电信号所需的传感器及其他设备的选择和集成。
(3)监护仪整体的设计与组装。
2.软件设计：(1)采用MSP430单片机设计数据采集和处理程序。
(2)使用Matlab程序进行数据分析。
基于MSP430的电能检测仪表的设计
基于MSP430的电能检测仪表的设计作者：郑建兰韩永峰疏中凡来源：《科技视界》2013年第30期【摘要】本文提出一种电能检测仪表的设计，采用以超低功耗、生存环境强适应性和丰富的片上外围模块为优点的MSP430F149单片机为主控制芯片。
在电网环境中，电压电流之间由于感性负载而存在相位差，对相位差取余弦就是功率因素。
本文采用运放和电阻的结合对电压和电流进行采样，同时利用硬件过零点电压比较得到电压和电流的相位差。
本仪表能够在电网存在故障时，依然准确无误的进行数据测试和信号采集。
【关键词】MSP430F149；功率因素；采样电路The Design of Electrical Energy Measuring Instrument Based on MSP430ZHENG Jian-lan HAN Yong-feng SHU Zhong-fan（Anhui University of Science and Technology，Huainan Anhui 232001，China）【Abstract】This article presents a design of Electrical Energy Measuring Instrument and uses MSP430F149 microcontroller as main control chip， which has some advantages of ultra-low power consumption， strong environment adaptability and rich on-chip peripheral modules. In the grid environment， there is a phase difference between the voltage and current because of inductive load. Power-factor is to take cosine phase difference. This article adopts the combination of the op amp and resistor to sample the voltage and current. Also， it utilizes hardware zero voltage comparison to abstain the phase difference between the voltage and current. When the grid exist fault， this indicator can still accurately test data and sample signal.【Key words】MSP430F149；Power-factor；Sampling circuit0 引言伴随着科技的不断发展，尤其是电力电子技术的进步，线性和非线性负载的多样性产生越来越多变化的无功功率，从而造成电能质量的浪费和功率因素的下降，因此提高能源的利用率就变得迫在眉睫。
(完整版)基于MSP430单片机的环境参数监测仪的设计制作毕业设计
常州机电职业技术学院毕业设计（论文）系部：信息工程系专业：应用电子技术题目：基于MSP430单片机的环境参数监测仪的设计制作指导者：评阅者：2014 年 4 月毕业设计（论文）中文摘要温湿度和光照度等参数是标定环境不可缺少的参数，对其进行准确的测量具有重要意义。
本文以室内外居住环境为背景，设计出一种以MSP430F5438A超低功耗单片机为控制核心的环境参数监测仪。
论文对环境参数监测系统硬件和软件模块包括子系统模块进行了详细设计：通过相应的传感器芯片对包括温度、湿度、光强、红外辐射度和可燃气体浓度等环境参数进行检测和采集；通过微处理器MSP430F5438A将传感器芯片采集到的数据进行分析处理，并在液晶终端进行参数的实时显示和监控。
论文分别对温度传感器模块，单总线湿度传感器模块，光照度传感器模块，气敏传感器模块，红外热释电模块以及按键和液晶显示模块进行了单模块分别调试。
在此基础上对这些子程序模块进行了整合调试及整机功能和功耗测试，最终完成整个监控系统及仪器的设计制作。
实验显示，本环境参数监测仪具有体积小、携带方便、功耗低、可靠性高、免维护、成本低等优点，在室内外环境参数监测领域，具有很好的应用前景。
关键词：MSP430单片机环境参数监测传感器液晶显示毕业设计（论文）外文摘要Title： The Design and Production of Environmental Parameter Monitor Based on MSP430Abstract：Parameters such as temperature, humidity and illuminance are indispensable to the calibration environment, which has important significance for accurate measurement. The aim of this thesis isto design an environmental parameter monitor, which controlledby an ultra-low power MSP430F5438A for indoor and outdoor living environment.The detailed design of hardware and software module including subsystem module in the environmental parameter monitor is proposed in this thesis. The corresponding sensor chip is usedto detect and collect the environmental parameter such as temperature, humidity, illuminance, the infrared radiation intensity and combustible gas concentration. The MSP430F5438A analyzes and processed the data which collected by sensor chips, and realized the real-time display and monitoring for parameterson LCD terminal.The thesis proceeds debugging on single module likes temperature sensor module, single bus humidity sensor module, illuminance sensor module, gas sensor module, pyroelectricinfrared module and buttons and LCD module, respectively. On the basis of that, after debugging and test on the function and power for the integrated subroutine modules, the design and production of the whole monitoring system and instrument is completed.Test results given show that the environmental parameter monitor has several advantages, such as small volume, portable, low power consumption, high reliability, maintenance-free, low cost and so on. It has a great application prospect in the field of indoor and outdoor environmental parameters monitoring.Key words: MSP430, Environmental Parameter Monitor, Sensor, LCD Display目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 论文的主要内容 (2)2 数据监测系统的总体设计方案 (4)2.1 系统总体框图设计 (4)2.2单片机选型 (4)2.2.1 MSP430单片机概述 (4)2.2.2 MSP430F5438A介绍 (6)2.3 传感器的选型 (6)3 系统硬件设计 (8)3.1 主控芯片模块 (8)3.1.1 单片机最小系统模块 (8)3.1.2系统电源模块 (8)3.2 子系统模块 (8)3.2.1光强采集模块 (8)3.2.2 温度采集模块 (10)3.2.3 湿度采集模块 (11)3.2.4 气敏传感器监测模块 (11)3.2.5 红外采集模块 (12)3.2.6液晶显示和键盘模块 (14)3.3 硬件电路板的焊接与制作 (16)3.3.1 系统硬件电路原理图 (16)3.3.2 系统硬件电路PCB图 (17)4 系统软件设计 (19)4.1 软件开发环境及编程思想简介 (19)4.2系统主程序设计 (19)4.3 系统子程序设计 (20)4.3.1 按键设置程序 (20)4.3.2 数据监测程序 (20)4.3.3 主控芯片MSP430F5438A时钟设定程序 (21)4.3.4 DHT11单总线数据读取程序 (22)4.3.5 片内ADC程序 (23)4.3.6模拟I2C通信协议 (24)5 监测系统调试分析 (29)5.1人机操作界面测试分析 (29)5.2 光强模块测试分析 (30)5.3 温度模块测试分析 (30)5.4 湿度模块测试分析 (30)5.5 气敏传感器监测模块测试分析 (31)5.6 红外监控模块测试分析 (31)5.7整机装配与调试 (32)5.7.1整机装配调试 (32)5.7.2功耗测试 (32)总结 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录A 系统原理图 (35)附录B 系统PCB图 (36)附录C 控制程序源代码 (37)1 绪论1.1 课题背景为了使人类拥有舒适、健康的生活，很多情况下要监测周围的环境参数。
基于MSP430的轨道电路在线测试仪设计与实现.
基于MSP430的轨道电路在线测试仪设计与实现随着列车车速的不断提高，对列车轨道的要求也越来越高。
原有的有绝缘轨道电路已无法满足铁路运输事业发展的需要，因而世界各先进工业国家开始研制无绝缘轨道电路[1]。
其中，以法国CSEE公司研制成功的UM71无绝缘轨道电路应用最为广泛。
该系统于20世纪80年代末引入我国,这种无绝缘轨道电路利用谐振原理，把低频调制的FSK信号(4种载频，18种低频)通过钢轨进行传输。
由于平行的钢轨具有等效感抗特性，严重影响信号传输的距离，为了使输随着列车车速的不断提高，对列车轨道的要求也越来越高。
原有的有绝缘轨道电路已无法满足铁路运输事业发展的需要，因而世界各先进工业国家开始研制无绝缘轨道电路[1]。
其中，以法国CSEE公司研制成功的UM71无绝缘轨道电路应用最为广泛。
该系统于20世纪80年代末引入我国, 这种无绝缘轨道电路利用谐振原理，把低频调制的FSK信号(4种载频，18种低频)通过钢轨进行传输。
由于平行的钢轨具有等效感抗特性，严重影响信号传输的距离，为了使输出信号不失真，在每一闭塞分区，每隔100米便安装1个33μF的谐振电容，与钢轨的等效电感组成串联谐振电路来提高信号传输距离。
为确保该系统工作正常，铁路工作人员必须经常沿铁轨检查轨道电路的运行参数。
其中重要的一项便是对并接补偿电容容值的测量，而目前通用的电桥法电容测量设备无法进行在线测量。
对轨道上运行的列车，补偿电容离线测量存在巨大的安全隐患[2]。
专用的UM71无绝缘轨道电路补偿电容在线测量设备虽可进行在线测量，但由于采用被动测量方式，对钳型电流传感器的分辨能力要求很高，提高了设备复杂度，大大增加了设备的成本，并且设备体积较大，不便于携带。
鉴于此，本文设计了一种便携式在线测试仪。
1 工作原理通过向待测电容两端施加高于轨道电路本身所传信号频率的激励信号，同时采集电容两端的响应信号，并将该信号经带通滤波器滤除噪声后送至单片机MSP430（内部含有A/D转换器和采样保持模块）内进行A/D转换。
基于MSP430的便携式脉搏测试仪系统的设计与实现
［ ２ ］宁东方 ， 章卫国， 李斌 ． 预测和健康 管理
本便 携 式脉 搏 测试仪 基 于 光 电脉搏 检 测原理． ，采用 Ｍ Ｓ Ｐ ４ ３ ０ 单
片 机 板 作 为 核 心 控 制 器 。 该 设 计 通过 红外发光二极 管发射 红外光 ，
影响医疗 电子产业 的关键 。另一方面 ，半导体 技术的发展推动 医疗创新 的步伐 以前所未有 的 转换和无线 网络技术进 步的带动下，医疗 电子
Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ・ 软件应用
基 于 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０的便携 式脉 搏测试仪 系统 的设计 与实现
文／ 李 艳 红
统医疗方式 的变革 ，移 动性和便携性逐步成为
搏信号转换成光信号，再通过光敏三极管接收 转换成为 电信号 ，将 电信号进行放大 ，滤除杂
体动 作、精神紧 张带来 的干扰 ，以及 ５ ０ Ｈ ｚ的 脉 搏信 号 是动脉 血 管 中血流 量 的变化 信 工频干扰 ，需要对脉搏信 号作消 噪处理 。脉搏 号，随着心脏 的跳动 ，动脉血管 中血流 量发 生 波 频率 低 ，范 围是 Ｏ ． １到 ２ ０ Ｈ ｚ ，主峰 频 率在
统 故 障 预 测 与 健 康 管 理 技 术 现 状 与 发
模块 当前的状 态。
单 机系 统包 括 ： 电源 部 分、ＣＰ Ｕ 部分 、 存储器部分 、ＤＳ Ｐ部分 、模拟部分 、通讯部分 、 输入输 出部分 。按照三 类预测方法可以分为： （ １ ）退化 机理 为突发性 的数字 部分 ，我们 将
数字 部分 的 故障 为二 值故 障 ，这 类 故障
一
般 为偶然因素引起 ， 其故障规律具有随机性 ，
难以通过预测来防止故 障，因此只能准确的选 择测试点来及时 的获取故 障的症 状信息 。试验 结果表 明通 过高速采样我们 可以很 直观 的获得
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收稿日期:2008-10 作者简介:陈德智(1964—),男,硕士,高级工程师,从事电子测量仪器的研发工作。
基于MSP430的便携式光纤断点寻测仪的设计陈德智(华东师范大学电子科学技术系,上海200241) 摘要:介绍一种便携式光纤断点寻测仪,采用单片机MSP430作为处理器。
介绍了测试仪的工作原理及测试仪中采用的关键技术,并给出了最终设计结果。
该寻测仪测量精度优于3m,最大测量距离50k m,仪器体积小、重量轻、成本低。
关键词:光纤;菲涅尔反射;M SP430;测量;数字信号处理中图分类号:T M930 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2009)03-0001-03The D esi gn of O pti ca l F i ber Fault L oca tor Ba sed on M SP430CHE N De 2zhi(East China Nor mal University,Shanghai 200241,China )Abstract:A kind of Op tical Fiber Fault Locat or based on MSP430F1611is intr oduced .The key techniques in the Locat or are described .The experi m ent results sho w that the p recisi on of the Locat or is better than 3m and the farthest distance is 50k m.The Locat or is s mall,light and cheap.Key words:op tical fiber;Fresnal reflecti on;MSP430;measure;DSP 1 测量原理光在光纤中传输时,由于光纤材料中折射率的不均匀,会产生各向同性的瑞利(Rayleigh )散射,此散射光必有一部分沿光纤返回到光的注入端,同时,在光纤的末端或故障点,由于折射率突变,会有较强的菲涅尔(Fresnel )反射光,此反射光也会沿光纤传到光的注入端。
光纤断点寻测仪就是利用光纤故障点的菲涅尔反射光返回的时间来推算出故障点的位置。
原理框图如图1所示。
半导体激光器发出脉冲光,入射到光定向耦合器后,经光纤接头(FC )进入被测光纤,由光纤末端反射回来的光再经光定向耦合器耦合到光探测器,在探测器中,光转变成电信号,此信号放大后送入比较器,由比较器送出的已是数字信号(只有高电平或低电平)。
此数字信号再送入数字信号处理器中进行数据处理,检测出光脉冲在光纤中传输用的时间t,根据时间t 可以算出光纤的长度L。
图1 光纤寻障仪原理框图L =(1/2)C t/n(1)式中:C 为真空中光速;n 为光纤群折射率;t 为初始发射脉冲与返回光信号的时间间隔。
因为光传输经过往返两次,故计算光纤长度时乘以系数(1/2)。
2 测试仪中的关键技术2.1 基于MSP430F1611的MCU 技术出于便携式设备的低功耗要求考虑,采用TI 公司16位低功耗单片机MSP430F1611芯片作为主控MCU ,控制整个系统各部分模块的正常运行。
TI 公司的MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器,其中包括一系列器件,它们针对不同的应用而由各种不同的模块组成。
具有16位R I SC 结构,CP U 中的16个寄存器和常数发生器使MSP430微控制器能达到最高的代码效率;灵活的时钟源可以使器件达到最低的功率消耗;数字控制的振荡器(DCO )可使器件从低功耗模式迅速唤醒,在少于6μs 的时间内激活到活跃的工作方式。
2.2 大功率LD 脉冲激光器应用技术光纤寻障仪是靠光纤末端的反射光来判断光纤故障点的,在实际应用中,光纤的断面有时候比较平,这时候反射的光信号就比较强,有时候光纤断面不平,而・1・2009年第3期 仪表技术且断面上还可能有灰尘,这时候反射回来的光就比较弱,如果光纤比较长,反射回来的光就会非常微弱,这时候检测就非常困难,所以,光纤寻障仪所用的激光器,应具有较大的输出功率。
根据激光器的特性,输出功率与驱动电流呈比例,故大功率激光器驱动电流较大,驱动电路必须具有较大的驱动能力,一般为了测量50km 以上的光纤,采用的激光器脉冲输出功率应达到50mW 以上,相应的脉冲驱动电流要达到700mA 以上。
2.3 AP D 驱动及其反向偏压的温度补偿技术在图1中,由光纤末端反射回来的光,要经过光探测器变成电信号,以便进行后续处理,光探测器有两种,其一是P I N 光电管,其二是AP D 。
由于AP D 具有电流倍增的作用,在输入光相同的情况下,AP D 的输出电流是P I N 管的几十倍,甚至上百倍,所以仪器中采用AP D 。
AP D 在应用时应注意如下几个问题:(1)反向击穿电压,AP D 在工作时必须加反向偏压,反向偏压有一个极限值,称为反向击穿电压,超过此值,AP D 将烧毁。
(2)AP D 的倍增因子与反向偏压有关,反向偏压越大,则倍增因子越大,为了获得最大的倍增,应使反向偏压尽量接近反向击穿电压。
(3)AP D 的反向击穿电压受环境温度影响很大,所以必须采用温度补偿技术,来调整AP D 的反向偏压,以便在不同的环境温度下都能获得最佳倍增因子。
本仪器中采用的补偿电路如图2所示。
变压器T1的初级和电容C2及三极管Q1构成振荡回路,此信号经变压器T1后成为高压,在经D2整流和C1滤波后成为直流的反向偏压V B ,另一方面,V B 经电阻R4和R5分压反馈到比较器Q2的一个输入端,比较器的另一个输入端是参考电压,图2中的D1是稳压二极管,R t 是热敏电阻,适当选取R1、R2、R3、R t 可以获得恰当的AP D 反向偏压并实现对AP D 反向偏压的温度控制。
图2 AP D 反向偏压温控电路2.4 宽带低噪声前置放大技术由于光纤末端反射回来的光是非常微弱的,通常在-70d Bm 以下,转换成电流后,电流值在0.01μA 以下,考虑到AP D 的倍增因子,倍增后电流也在1μA 以下,所以本项目中采用跨阻抗放大器,并选取低噪声器件及精心进行PCB 设计,将此微弱的电流转换成电压。
2.5 信号数字化技术图1中由放大器输出的信号是一个脉冲信号,此信号送入比较器,与一个固定的参考电平进行比较,只要脉冲幅值高于参考电平,比较器就送出高电平,否则送出低电平,这样一来,可以使得信号数字化,便于后面用FPG A 进行处理。
2.6 从噪声中提取信号技术图1由比较器送入数字信号处理器(FPG A )中的信号已是数字信号,本来,在理想情况下,只要用计数器统计出接收脉冲与发送脉冲之时间差,即可得出光纤故障点的位置,但是,由于噪声的存在,实际上在信号进入比较器时,就已经存在许多噪声,因此经过比较器进入数字信号处理器的信号,除了接收到的有用信号外,还有大量的噪声脉冲,必须从噪声中辨别出真正的信号。
辨别噪声的基本思想是利用信号的周期性和噪声的随机性。
如图3,假设我们发送一个光脉冲信号到光纤,那么,光纤末端就会有一个光脉冲反射回来。
由于噪声的存在,数字信号处理器收到的电信号如图3(b )所示,图中除了有光纤末端反射的“收脉冲”外还有若干噪声脉冲。
如果再发一次光脉冲,那么,收到的电信号就如图3(c )所示,“收脉冲”与发送的光脉冲之时间差与图3(b )相同,但噪声出现的时刻并不相同。
图3 接收脉冲与噪声(n:噪声)在处理器中,设置一个采样器对接收到的信号进行采样,采样从发送端发送脉冲开始,于是得到各个时刻的信号值,当然,采样值只可能是数字化的1或者0,如果有脉冲,则采到的就是1,反之采到0,之后,将采到的各个点的值存储起来。
然后,再发送一次光脉・2・仪表技术 2009年第3期冲,再重复上面的采样和存储过程。
不断进行上面的采样和存储过程,共重复254次,得到254组值,然后再将这254组值对应点相加,那么,在“收脉冲”对应的点上,由于每次都有信号,累加的结果应为254,而在其他点上,由于噪声的随机性,累加的结果远小于254,于是可以根据这一特点,将信号点辨别出来。
当然,在实际设计时,如果光纤太长,而光纤端面反射又很少,则接收光脉冲很弱,“收脉冲”有可能被噪声淹没,所以在“收脉冲”对应点上,累加的结果可能不到254,但只要信噪比足够大,此点的累加数总是大于其他点的数值。
2.7 循环累加及FPG A 中的流水线技术在上一项技术中,要进行数据处理,数据量是很大的,如果是50km 的光纤,每2m 采样一次,则采样点数是5万点,每点采样254次,总数据是1270万个,这么多数据全部存储起来再进行计算,硬件上是无法做到的,要采用循环累加及流水线技术,其原理如图4所示。
图4 循环累加及流水线技术如图4,在时钟的第1个周期,对输入的数据进行采样,并读取存储器中的数据,在时钟的第2个周期对两个数据相加,在第三个周期将加的结果送入存储器的同一单元,用来代替原数据,这样就完成一次循环累加。
另一方面,在时钟的第2个周期,采样器则可对下一个数据进行采样,在时钟的第3个周期,采样器和累加器也在分别处理前1和前2个周期的数据,这样使得在每个时钟周期,所有部分都在工作,而不会处于等待状态,这就是流水线技术。
2.8 测试分辨率在光纤断点寻测仪中,对光纤断点的定位是靠检测断点返回的脉冲上升沿,检测分辨率则取决于数据采样时钟的频率,时钟频率越高则分辨率越高,但响应的采样点越多,数据处理的工作量越大,总的测量时间就越长。
根据式(1),分辨率可以如下计算:ΔL =(1/2)CT /n (2)式中T 是采样时钟周期,若T =10ns,即采样时钟为100MHz,则可以算得分辨率约2m 。
2.9 测试盲区如图1所示,测试仪输出端有一个FC /PC 接头,被测光纤就是通过此接头连接到仪器上,测试仪输出激光通过此接头注入被测光纤,由于连接器内不可避免会有间隙,此间隙将造成很强的反射,该反射光也会被光电探测器检测到,并且也会被放大器放大,而且由于信号很强,放大器会饱和,直到反射信号结束后一段时间,放大器才能恢复正常工作,所以,从连接器(FC )开始,在相当一段距离内,光线的故障点是测量不出的,此段距离称为盲区。
盲区大小,取决于连接器内间隙的大小、测试时激光器送脉冲的强度和宽度,以及放大器的增益和响应时间等因素。
为了减小盲区,可以采取如下几个措施:(1)测试时被测光纤接头用FC /PC 型的,以便与与测试仪内的接头相配。
(2)在测试仪中,将被测光纤看做是两段,对前端部分测量时,发射脉冲很窄,而且功率较小,后段可以用大功率宽脉冲。