頻率編碼光纖時域反射儀及其工作方法
2023-10-27 15:15:42 4
頻率編碼光纖時域反射儀及其工作方法
【專利摘要】本發明公開了一種頻率編碼光纖時域反射儀及其工作方法，其中，頻率編碼光纖時域反射儀，包括光源、第一光纖耦合器、聲光調製器、射頻信號發生器、光纖放大器、光迴旋器、第二光纖耦合器、平衡探測器和數據採集卡。通過對光脈衝進行頻率調製，使得空間解析度不受光脈衝持續時間的限制，空間解析度不再取決於脈衝的寬度，而取決於探測脈衝的頻率調製範圍。以達到同時實現高空間解析度和長探測距離的目的。
【專利說明】頻率編碼光纖時域反射儀及其工作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光纖傳輸測量領域，具體地，涉及一種頻率編碼光纖時域反射儀及其 工作方法。
【背景技術】
[0002] 光時域反應儀 OTDR(Coherent Optic Time Domain Reflectometry)是測量光纖 傳輸特性的測量儀器，現已經廣泛應用在光纖通信系統中，利用光纖的背向瑞利散射光等 信號，以測量光纖的衰減、損耗和反射等特性。作為一種非破壞性的光纖測量技術，OTDR可 測量整個光纖鏈路的衰減並提供與長度有關的衰減細節，具體表現為探測、定位和測量光 纖鏈路上任何位置的事件。
[0003] 現有的OTDR技術中，探測距離和空間解析度是一對相互制約的矛盾，為了實現高 空間解析度，需要減小脈衝的持續時間，這就降低了光脈衝的能量，導致測量距離的縮短。 現有的OTDR技術已經分別實現了上千公裡的探測距離和1米的空間解析度，但是這兩個參 數不能夠同時實現。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於，針對上述問題，提出一種頻率編碼光纖時域反射儀及其工作 方法，以實現兼備高空間解析度和長探測距離的優點。
[0005] 為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：
[0006] -種頻率編碼光纖時域反射儀，包括光源、第一光纖耦合器、聲光調製器、射頻信 號發生器、光纖放大器、光迴旋器、第二光纖耦合器、平衡探測器和數據採集卡，從所述光源 發出的光經過第一耦合器後分為兩束，一束光經過聲光調製器，變為帶有頻率編碼的脈衝 信號，然後該脈衝信號經過光纖放大器後作為探測脈衝信號，該探測脈衝信號經光迴旋器 進入待測光纖，從待測光纖散射回的光經過光迴旋器進入第二光纖耦合器，並在第二光纖 耦合器與光源發出的另一束光發生幹涉，從第二光纖耦合器輸出的光進入平衡探測器轉換 為電信號，該電信號經過數據採集卡變成數位訊號，所述數據採集卡內置A/D轉換電路，所 述聲光調製器由射頻信號發生器驅動。
[0007] 同時本發明技術方案相應公開一種頻率編碼光纖時域反射儀的工作方法，所述射 頻信號發生器發出的射頻信號在時間上是脈衝信號，並且其頻率在脈衝持續時間內線性變 化，因此，光信號經過聲光調製器後強度受到調製，變成脈衝信號，脈衝持續時間為Tp ;與 此同時，光信號的頻率也發生線性變化，其改變量等於射頻信號發生器的頻率，光脈衝的表 達式為：
[0008]
【權利要求】
1. 一種頻率編碼光纖時域反射儀，其特徵在於，包括光源、第一光纖稱合器、聲光調製 器、射頻信號發生器、光纖放大器、光迴旋器、第二光纖耦合器、平衡探測器和數據採集卡， 從所述光源發出的光經過第一耦合器後分為兩束，一束光經過聲光調製器，變為帶有頻率 編碼的脈衝信號，然後該脈衝信號經過光纖放大器後作為探測脈衝信號，該探測脈衝信號 經光迴旋器進入待測光纖，從待測光纖散射回的光經過光迴旋器進入第二光纖耦合器，並 在第二光纖耦合器與光源發出的另一束光發生幹涉，從第二光纖耦合器輸出的光進入平衡 探測器轉換為電信號，該電信號經過數據採集卡變成數位訊號，所述數據採集卡內置A/D 轉換電路，所述聲光調製器由射頻信號發生器驅動。
2. -種權利要求1所述頻率編碼光纖時域反射儀的工作方法，其特徵在於，所述射頻 信號發生器發出的射頻信號在時間上是脈衝信號，並且其頻率在脈衝持續時間內線性變 化，因此，光信號經過聲光調製器後強度受到調製，變成脈衝信號，脈衝持續時間為T p ;與 此同時，光信號的頻率也發生線性變化，其改變量等於射頻信號發生器的頻率，光脈衝的表 達式為：
其中是光頻率，Y是光頻率掃頻的速度，小（t)是t時刻的光隨機相位噪聲； 探測脈衝信號進入待測光纖後，在光纖中發生反射和瑞利散射，每一點反射回來的光 脈衝都具有相同的持續時間和同樣的頻率啁啾，但不同的點反射回的信號具有不同的時間 延遲I，T =2nL/c，其中L是從待測光纖入射端到散射點的距離，n是光纖的等效折射率， c是光纖中的光速，係數2是由於光需要往返傳輸，散射光與本地光相干後，在平衡探測器 上產生外差信號，其差頻信號也具有頻率啁啾：
由公式（2)可知平衡探測器探測到的信號也是具有線性的頻率啁啾；待測光纖上不同 位置處產生的散射信號雖然具有不同的時間延遲T，但是都具有相同的頻率啁啾形狀，其 表達式如下：
從平衡探測器接收到的拍頻信號需要經過解調，得到待測光纖上每個位置的散射強 度。
3. 根據權利要求2所述的工作方法，其特徵在於，所述對平衡探測器接收到的拍頻信 號解調過程具體為：首先產生一個具有相同頻率啁啾速率、但持續時間充滿整個待測光纖 往返時間的參考信號，待測光纖上不同位置散射回的信號與該參考信號的差頻是一個定 值，其值正比於散射信號在待測光纖上的位置，據此解調出待測光纖上每個點的散射信號 的強度。
4. 根據權利要求3所述的工作方法，其特徵在於，該解調具體為所述參考信號與平衡 探測器上接收的信號在計算機內進行相乘，然後對相乘後的結果做傅立葉變換，以得到不 同差頻處信號的強度。
5. 根據權利要求2所述的工作方法，其特徵在於，所述對平衡探測器接收到的拍頻信 號解調過程具體為：平衡探測器接收到的頻率範圍為n到f2且fl〈f2的拍頻信號直接被 數據採集卡轉換為數位訊號，在數字處理設備中進行拍頻信號的檢測，數據採集卡的採樣 速率大於f2的兩倍，以滿足奈奎斯特採樣定律。
6. 根據權利要求2所述的工作方法，其特徵在於，所述對平衡探測器接收到的拍頻信 號解調過程具體為：平衡探測器接收到的頻率範圍為n到f2且n〈f2的拍頻信號，首先與 一個固定的中頻信號f〇進行混頻，產生差頻信號fl-f〇到f2-f0,用帶通濾波器取出其差頻 信號，然後進入數據採集卡，在數字設備中進行拍頻信號的檢測。
7. 根據權利要求6所述的工作方法，其特徵在於，所述採樣的頻率大於差頻信號f2-f0 的兩倍。
【文檔編號】G01M11/02GK104344945SQ201410620545
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】何祖源, 劉慶文, 樊昕昱, 杜江兵, 馬麟 申請人:無錫聯河光子技術有限公司