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分布式光纤传感技术以光纤为传感介质，通过解析背向散射光参数，可连续监测温度、应变、振动等物理量，广泛应用于电力安全、油气管道、地质勘探、轨道交通设施监测等应用领域。其中，基于BOTDA（布里渊光时域分析）的分布式光纤传感系统因其高精度、长距离、低损耗等优势，广泛应用于管道检漏、电力电缆测温、结构健康监测等领域。
XX光电技术有限公司搭建基于BOTDA（布里渊光时域分析）的分布式光纤传感数据采集系统，选用北京坤驰科技的QT1146高速数字化仪作为核心采集与预处理单元。设备板载FPGA搭载累加平均算法（AVG），有效提升系统信噪比，更准确地测量光纤中的应变和温度信息。
本系统利用光纤的受激布里渊散射效应开展信号探测。通过捕捉、解析光信号的布里渊频移的变化，实现全线路连续分布式监测传感光纤沿线的温度、应变变化。光信号经发射、光纤传输、散射耦合、光电转换后，最终转为电信号送入数据采集单元完成处理。系统整体框图如下图2-1所示：
图 2-1 系统整体框图
1.光源输出激光并完成分光、调制，分别生成脉冲抽运光与连续探测光，从传感光纤两端相向射入。
2.两束光在光纤内相遇并激发受激布里渊散射，外界温度、应变带来的参数变化会被加载到光信号中。
3.搭载传感信息的光信号经光路器件筛选、滤波后，送入光电探测器转换为模拟电信号。
4.电信号经过初步调理后，传输至后端QT1146高速数字化仪，开启后续采样、运算与数据传输工作。
前端光电转换输出的模拟传感信号完成初步调理后，送入QT1146高速数字化仪。设备依托外部参考时钟保障采集时序同步，配合触发机制精准捕获有效信号。信号依次经过二次调理、高速ADC采样、FPGA硬件累加平均算法（AVG）运算、DDR4缓存，最终通过PCIe高速链路完成数据传输。
图 2-2 数据传输示意图
整套系统实现采集、预处理、缓存、传输一体化，底层运算可由硬件独立运行，具备低延迟、高信号质量的特点，适配BOTDA系统高重频、连续采集的工作模式。
图 3-1 QT1146高速数字化仪外观图
原始BOTDA传感信号易受电磁、光路噪声干扰，信噪比偏低。本方案将累加平均算法（AVG）深度集成于FPGA，在采集端同步完成数据处理，相较传统软件后端运算，无延迟、不占用上位机资源，滤除随机噪声、优化波形、提升测量精度。
图 4-1 累加平均算法（AVG）逻辑流程图
触发式信号采集：依托触发机制启动信号采集，对每次触发采集的模拟信号完成数字化转换。
数据输入传输：将数字化后的单块采样数据，实时送入算法处理模块。
数据块缓存排序：通过FPGA高速缓存临时存储采样数据，锁定数据块顺序，防止数据乱序。
多数据块并行累加：按照预设块数，对多组数据块同位置采样点，执行逐点并行累加运算。
均值降噪计算：利用累加总数值与采样块数计算平均值，滤除随机噪声、优化信号信噪比。
循环数据输出上传：通过FPGA FIFO规整数据时序，将数据写入板载DDR，再经DMA通道读取并循环上传至上位机。
图 4-2 累加平均算法（AVG）逻辑框图
[1] 理论值最高-8912~+8191。
[2] code单位含义为ADC量化值。
※注：当前累加功能适用于1GS/s采样，单通道模式下
当系统运行于高重复频率、长周期数据累加模式时，会产生超大体量原始采集数据，这就要求采集硬件具备极强的不间断传输与无损缓存能力。
QT1146高速数字化仪采用PCIe 3.0 x8高速总线架构，数据持续传输速率可达5.4GB/s，能够保障大流量数据长时间稳定传输，并支持触发式数据流盘存储，可稳定承载累加平均算法（AVG）多批次连续数据叠加运算的各类测试场景。
搭配坤驰QTSignalView上位机界面软件，支持数据实时显示、参数配置、存储及波形回放，操作简便。设备标配多语言SDK，支持FPGA定制IP开发，算法参数可现场调试，大幅降低系统集成与二次开发难度。
QT1146高速数字化仪是BOTDA分布式光纤传感采集系统的核心硬件。
1.板载FPGA运行累加平均算法（AVG），可高效抑制随机噪声，有效提升信号信噪比，保障光纤温度、应变等物理量的检测精度。
2.具备高采样率、高分辨率与宽频输入能力，采用PCIe3.0x8传输架构，可适配系统高重频连续采集工况，实现海量数据低延迟传输与稳定缓存。
坤驰科技专注高速数据采集与FPGA信号处理技术研发，在分布式光纤传感领域拥有充足的项目落地经验。公司可提供标准化采集硬件、定制化信号处理算法FPGA IP、硬件改版设计、配套软件及全流程技术支持，可结合不同应用场景完成软硬件定制适配，能够支持各类分布式光纤传感监测项目的多元化需求。
