專利名稱：參考光光功率校準(zhǔn)的布里淵光時(shí)域反射儀及其校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對光纖的應(yīng)變與溫度進(jìn)行全分布式測量的布里淵光時(shí)域反射儀，可實(shí) 現(xiàn)對布里淵光時(shí)域反射儀中的不同頻點(diǎn)處參考光的光功率進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保應(yīng)變與溫度的 精確測量，為一種布里淵光時(shí)域反射儀的參考光光功率校準(zhǔn)方法及反射儀。
背景技術(shù)：
布里淵I光時(shí)域反射儀(Brillouin optical fiber time domain reflectometry, BOTDR)是一種基于布里淵散射的全分布式光纖傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)從光纖的一端發(fā)射脈沖， 同時(shí)在發(fā)射端檢測背向布里淵散射信號，發(fā)送脈沖與接收到散射信號的時(shí)間延遲與光速的 乘積可以提供光纖檢測的位置信息，由于布里淵散射光譜的頻移和強(qiáng)度與光纖所受到的溫 度和應(yīng)變存在線性關(guān)系，所以通過測量布里淵信號的強(qiáng)度和頻移就可以得到光纖的溫度和 應(yīng)變的分布信息。由于BOTDR具有單端測量、空間分辨率高、傳感距離長等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在很 多結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測中得到了應(yīng)用。BOTDR 一股采用自外差相干檢測的方法獲得微弱的布里淵散射信號光譜。在自外 差相干 檢測的方法中，現(xiàn)有技術(shù)(宋牟平，微波電光調(diào)制的布里淵散射分布式光纖傳感技 術(shù)，光學(xué)學(xué)報(bào)，2004，24 (8) 1111 1114)采用微波電光調(diào)制器產(chǎn)生頻率可調(diào)的參考光與布 里淵信號進(jìn)行相干檢測的方法。其檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。窄線寬激光器出射的 連續(xù)光被耦合器分成兩路，其中一路作為探測光，首先被脈沖調(diào)制器調(diào)制為一定寬度的脈 沖光，再經(jīng)光放大器和耦合器后注入傳感光纖。另一路激光經(jīng)過約IlGHz微波驅(qū)動的電光 調(diào)制器，產(chǎn)生該激光的正負(fù)一級邊頻光，將其作為本地參考光與傳感光纖中散射回來的布 里淵散射光相干，被外差光接收機(jī)接收。經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生中心頻率約為100MHz，半峰全寬 為數(shù)十兆赫茲的布里淵散射譜電信號。布里淵散射譜電信號經(jīng)混頻器與本地振蕩源混頻， 可獲得布里淵散射譜的基帶信號，再經(jīng)濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換和累加平均處理后，獲得整個(gè)傳感光 纖上的布里淵散射信號，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示。若濾波器的帶寬小于布里淵散射譜譜寬，為 了獲得整個(gè)布里淵散射譜，需要多次向光纖中注入探測脈沖光，同時(shí)每次改變微波源的輸 出頻率，使本地參考光的頻率改變，從而使布里淵散射譜上不同頻率成分的信號通過濾波 器得到檢測。該方法具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)一是獲得的拍頻信號中心頻率約為100MHz，相對于參 考光路不使用電光調(diào)制器直接獲得IlGHz拍頻信號的方法，對光電探測器的探測帶寬要求 降低，可選擇有更高探測靈敏度的光電探測器，從而獲得更大的動態(tài)范圍；二是由于參考光 頻率可調(diào)，對光電探測器后的電信號采集只需一個(gè)帶通濾波器即可，簡化了電信號的處理。 但是根據(jù)相干檢測的原理，參考光功率的波動會轉(zhuǎn)移到計(jì)算獲得的布里淵信號功率上，因 此不同頻點(diǎn)處的參考光功率的差異直接影響著布里淵散射譜的探測精度。如前所述，作為本地參考光的光信號是光源激光的正負(fù)一級邊頻光，是由光源激 光經(jīng)過微波電信號調(diào)制的電光調(diào)制器產(chǎn)生的。實(shí)際應(yīng)用中會出現(xiàn)以下三個(gè)方面的不利情 況一是微波源的輸出功率受工作環(huán)境溫度的影響，很難做到在不同環(huán)境下每個(gè)頻點(diǎn)微波信號的功率都等于設(shè)定值；二是連接微波源與電光調(diào)制器的微波傳輸線對不同頻率的微波 信號傳輸效率不同；三是電光調(diào)制器對于不同頻率微波信號的功率響應(yīng)也有差別。這三種 因素會導(dǎo)致不同頻率的參考光功率往往相差較大。因此，如果不對參考光的光功率進(jìn)行校 準(zhǔn)，就無法對不同頻率點(diǎn)參考光的光功率與預(yù)定光功率的誤差進(jìn)行有效的控制，那么根據(jù) 相干檢測方法獲得的布里淵散射譜將是不可靠的，從而導(dǎo)致溫度或應(yīng)變的測量結(jié)果出現(xiàn)較 大誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有布里淵光時(shí)域反射儀在自外差相干檢測中，電光調(diào) 制器產(chǎn)生的不同頻率的參考光功率相差較大，無法確保應(yīng)變與溫度的精確測量。本發(fā)明的技術(shù)方案為參考光光功率校準(zhǔn)的布里淵光時(shí)域反射儀，激光器的出射 光經(jīng)耦合器輸出到探測光路和參考光路中，探測光路中連續(xù)激光經(jīng)脈沖調(diào)制器、光放大器 后注入傳感光纖，得到布里淵散射光輸入外差光接收機(jī)，參考光路中連續(xù)激光經(jīng)過電光調(diào) 制器產(chǎn)生參考光輸入外差光接收機(jī)，所述電光調(diào)制器由一微波源驅(qū)動，連續(xù)激光經(jīng)電光調(diào) 制器得到其正負(fù)一級邊頻光作為本地參考光，外差光接收機(jī)輸出布里淵散射光與本地參考 光相干后產(chǎn)生的電信號，外差光接收機(jī)設(shè)有低頻和高頻兩個(gè)輸出端口，所述高頻端口輸出 信號在IOMHz以上，低頻端口輸出信號在IOOKHz以下，高頻輸出端口經(jīng)濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換 器和數(shù)字處理器后輸入計(jì)算機(jī)，低頻輸出端口經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器后輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)設(shè)有 與微波源連接 的輸出端口。作為優(yōu)選方式，電光調(diào)制器與外差光接收機(jī)的光路連接上設(shè)有擾偏器。本發(fā)明中所述計(jì)算機(jī)為個(gè)人計(jì)算機(jī)，或具有顯示、控制功能的嵌入式系統(tǒng)。上述參考光光功率校準(zhǔn)的布里淵光時(shí)域反射儀的校準(zhǔn)方法為控制電光調(diào)制器的 偏置電壓和微波源的微波信號輸入，使電光調(diào)制器輸出的總功率中作為本地參考光的正負(fù) 一級邊頻光所占比重高于99 %，外差光接收機(jī)設(shè)置低頻和高頻兩個(gè)輸出端口，高頻端口輸 出信號在IOMHz以上，低頻端口輸出信號在IOOKHz以下，將低頻端口輸出的信號全部視為 本地參考光的電信號，低頻輸出端口的電信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，作為參考光的光 功率校準(zhǔn)反饋量，與計(jì)算機(jī)中的預(yù)定參考光功率進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果由計(jì)算機(jī)發(fā)出指 令調(diào)整微波源的輸出功率，從而對微波源的輸出功率進(jìn)行反饋控制，進(jìn)而改變本地參考光 的光功率，使之與預(yù)定參考光功率的差異小于設(shè)定值；高頻輸出端口輸出的相干光差頻信 號也就是布里淵散射譜電信號，該相干光差頻信號經(jīng)濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理后，送 入計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示。優(yōu)選的，在本地參考光的光功率校準(zhǔn)時(shí)，控制脈沖調(diào)制器或光放大器使傳感光纖 中無探測光注入，從而使外差光接收機(jī)中無布里淵散射光輸入，而僅有本地參考光輸入，進(jìn) 行參考光功率校準(zhǔn)，在本地參考光的光功率與預(yù)定參考光功率的誤差小于設(shè)定值后，再向 傳感光纖中注入探測光，獲得布里淵散射信號。確保校準(zhǔn)時(shí)低頻輸出端口輸出的信號全部 為本地參考光信號，提高參考光功率校準(zhǔn)精度。本發(fā)明進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算機(jī)向微波源發(fā)送頻率控制字和功率控制字，步進(jìn)調(diào)整微 波源的輸出，使微波源向電光調(diào)制器輸出相應(yīng)的頻率和功率；對每個(gè)本地參考光的頻率點(diǎn) 的光功率均進(jìn)行校準(zhǔn)，具體為
首先在計(jì)算機(jī)中設(shè)定預(yù)定參考光功率CK以及校準(zhǔn)精度JD，所述校準(zhǔn)精度JD即為 實(shí)際本地參考光的光功率與預(yù)定參考光功率的差異閾值，校準(zhǔn)精度JD的值不小于微波源 功率控制的最小步進(jìn)；然后由計(jì)算機(jī)向微波源發(fā)送一個(gè)頻率控制字和功率控制字，微波源 驅(qū)動電光調(diào)制器輸出對應(yīng)的參考光光功率，在這個(gè)頻率下對參考光的光功率P根據(jù)參考光 功率CK和校準(zhǔn)精度JD進(jìn)行校準(zhǔn)，此頻率校準(zhǔn)完成后再進(jìn)行下一個(gè)頻率點(diǎn)的校準(zhǔn)直到所有 的頻率點(diǎn)校準(zhǔn)完畢。本發(fā)明根據(jù)電光調(diào)制器的原理，控制電光調(diào)制器的偏置電壓和微波源信號輸入， 使電光調(diào)制器輸出的總功率中，作為本地參考光的正負(fù)一級邊頻光所占比重高于99%，即 在所述的偏置電壓和微波信號輸入條件下，將電光調(diào)制器輸出的總功率視為本地參考光的 光功率。本發(fā)明提出一種參考光光功率校準(zhǔn)方法及具有所述校準(zhǔn)功能的BOTDR JiBOTDR 在工作過程中不會受到微波源的工作環(huán)境溫度，連接微波源與電光調(diào)制器的微波傳輸線， 以及電光調(diào)制器對于不同頻率微波信號的功率響應(yīng)不同的影響，實(shí)現(xiàn)不同頻率點(diǎn)參考光功 率與預(yù)定功率的誤差小于設(shè)定值，以確保應(yīng)變與溫度的精確測量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有1、在不過多增加測量時(shí)間的情況下使測量精度得到提高對每個(gè)頻率點(diǎn)處校準(zhǔn)參考光功率使其與預(yù)定功率的誤差小于設(shè)定值，所需時(shí)間小 于Is。若 需要對30個(gè)不同頻率點(diǎn)進(jìn)行參考光功率校準(zhǔn)，約用時(shí)20s，遠(yuǎn)小于BOTDR完成一 次測量所需的數(shù)分鐘乃至數(shù)十分鐘時(shí)間。因此參考光功率校準(zhǔn)不會使BOTDR整個(gè)測量時(shí)間 增加較多。由于增加了參考光功率校準(zhǔn)功能，可以使布里淵散射譜的測量精度及其決定的 溫度與應(yīng)變測量精度得到數(shù)倍提高。2、測量裝置結(jié)構(gòu)簡單本發(fā)明用電光調(diào)制器輸出的總功率代替作為本地參考光的正負(fù)一級邊頻光功率 進(jìn)行反饋控制，控制電光調(diào)制器輸出的總功率中正負(fù)一級邊頻光所占比重高于99 %，誤差 控制在1 %以下。在對本地參考光的功率校準(zhǔn)中，對電光調(diào)制器輸出的總光強(qiáng)的探測不需要 鑒頻或者濾波，因此大大降低反饋控制的實(shí)現(xiàn)成本。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明僅需在光接收 機(jī)低頻輸出端口后增加一個(gè)對應(yīng)的低頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)通信即可，裝置結(jié)構(gòu)非 常精簡，由此增加的成本也很低。另外本發(fā)明的BOTDR系統(tǒng)直接采用數(shù)字處理獲得布里淵 散射譜，而不采用本地混頻的方法，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上更加簡單。3、相干探測的信噪比更高通過使電光調(diào)制器輸出的總功率中作為本地參考光的正負(fù)一級邊頻光所占比重 高于99%，可以最大限度地提高本地參考光的功率，使相干信號光更強(qiáng)。該方法同時(shí)使電光 調(diào)制器輸出的其余頻率的光較弱，而其余頻率的光在相干探測中則起到了噪聲的作用。因 此本發(fā)明可以提高相干探測的信噪比。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)布里淵光時(shí)域反射儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明參考光功率校準(zhǔn)的程序流程圖。圖4為本發(fā)明中具體實(shí)施例的參考光功率校準(zhǔn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式為了解決電光調(diào)制器產(chǎn)生的不同頻率的參考光功率相差較大的問題，本發(fā)明提出 一種具有參考光功率校準(zhǔn)功能的布里淵光時(shí)域反射儀，可實(shí)現(xiàn)不同頻率點(diǎn)參考光功率與預(yù) 定功率的誤差小于設(shè)定值，以確保應(yīng)變與溫度的精確測量。本發(fā)明中具有參考光功率校準(zhǔn)功能的BOTDR基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。窄線寬激光器 出射的連續(xù)光被耦合器分成兩路，其中一路作為探測光，首先被脈沖調(diào)制器調(diào)制為脈沖光， 再經(jīng)光放大器后注入傳感光纖。另一路激光經(jīng)過約IlGHz微波驅(qū)動的電光調(diào)制器，產(chǎn)生該 激光的正負(fù)一級邊頻光。其中驅(qū)動電光調(diào)制器的微波源的輸出頻率與功率受計(jì)算機(jī)的控 制。將電光調(diào)制器產(chǎn)生的正負(fù)一級邊頻光作為本地參考光，與傳感光纖中散射回來的布里 淵散射光相干，被外差光接收機(jī)接收，其中電光調(diào)制器輸出的總功率中正負(fù)一級邊頻光所 占比重高于99%。外差光接收機(jī)有低頻和高頻兩個(gè)輸出端口，高頻端口輸出信號在IOMHz 以上，低頻端口輸出信號在IOOKHz以下。在BOTDR正常進(jìn)行傳感光纖的探測過程中，高頻 端口輸出相干光的差頻信號，其頻率一股在幾十MHz以上；低頻端口輸出相干光的直流信 號，其頻率小于幾十KHz。現(xiàn)有BOTDR對參考光中的正負(fù)一級邊頻光比重沒有做規(guī)定，本發(fā) 明控制低頻端口輸出的低頻信號中本地參考光信號所占比重極大，達(dá)到99 %以上，故可認(rèn) 為低頻端口輸出的信號全部為本地參考光信號，同時(shí)這樣電光調(diào)制器輸出的其余頻率的光 較弱，而其余頻率的光在相干探測中是噪聲，因此本發(fā)明同時(shí)可以提高相干探測的信噪比。本發(fā)明也可以直接從電光調(diào)制器的輸出端取出參考光的光功率信號進(jìn)行反饋控 制，但進(jìn)行 反饋控制需要將光功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺仨毷褂霉怆娞綔y器。所以如果直接從 電光調(diào)制器的輸出端取出參考光的光功率信號就需要一個(gè)額外的探測器，為了結(jié)構(gòu)上的簡 化，本發(fā)明巧妙地利用外差光接收機(jī)，設(shè)置一個(gè)低頻輸出端口，省去了一個(gè)光電探測器。低頻輸出端口的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，作為參考光的光功率校準(zhǔn)的反饋 量，與計(jì)算機(jī)中的預(yù)定參考光功率進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令調(diào)整微波源 的輸出功率，從而對微波信號的功率進(jìn)行反饋控制，進(jìn)而改變本地參考光的功率，使之與預(yù) 定參考光功率的差異小于設(shè)定值。本發(fā)明可以邊校準(zhǔn)邊探測傳感光纖，但此時(shí)低頻端口上可能包含從傳感光纖中散 射回來的其他信號，導(dǎo)致校準(zhǔn)誤差增大。因此優(yōu)選在本地參考光的光功率校準(zhǔn)時(shí)，控制脈沖 調(diào)制器或光放大器使傳感光纖中無探測光注入，從而使外差光接收機(jī)中無布里淵散射光輸 入，而僅有本地參考光輸入，由于其頻率極高，光接收機(jī)所獲得的是參考光的直流功率，因 此本地參考光的直流功率信號從低頻輸出端口輸出。在本地參考光的光功率與預(yù)定參考光 功率的誤差小于設(shè)定值后，再向傳感光纖中注入探測光，獲得布里淵散射信號。確保校準(zhǔn)時(shí) 低頻輸出端口輸出的信號全部為本地參考光信號，提高參考光功率校準(zhǔn)精度。高頻信號端口輸出的相干光的差頻信號為中心頻率約為100MHz，半峰全寬為數(shù) 十兆赫茲的布里淵散射譜電信號。在確保不同頻率點(diǎn)的參考光的光功率與預(yù)定光功率的誤 差小于設(shè)定值的前提下，該相干信號經(jīng)濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理后，獲得整個(gè)傳感光 纖上的布里淵散射信號，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，這里的數(shù)字處理可以包括累加平均、包絡(luò)檢 波、頻譜洛侖茲曲線擬合等，通常的BOTDR中一股包括這些處理工作。反射儀中采用的模數(shù) 轉(zhuǎn)換只需滿足采樣定理即可。
具體參考光功率校準(zhǔn)方法如下。計(jì)算機(jī)向微波源發(fā)送頻率控制字和功率控制字， 步進(jìn)調(diào)整微波源的輸出，使微波源向電光調(diào)制器輸出相應(yīng)的頻率和功率；電光調(diào)制器輸出 的總功率作為參考光功率被外差光接收機(jī)接收，經(jīng)低頻端口輸出，被模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算 機(jī)與預(yù)定參考光功率對比。根據(jù)對比結(jié)果由計(jì)算機(jī)發(fā)出新的頻率控制字和功率控制字調(diào) 整微波源的輸出功率，改變電光調(diào)制器輸出的本地參考光的功率，使之與預(yù)定參考光功率 的差異小于設(shè)定值。對每個(gè)參考光的頻率點(diǎn)均采用上述校準(zhǔn)措施，可實(shí)現(xiàn)對所有頻率點(diǎn)參 考光功率的校準(zhǔn)。對參考光功率進(jìn)行校準(zhǔn)的程序流程圖如圖3所示。首先根據(jù)系統(tǒng)需要 設(shè)定預(yù)定參考光功率CK以及校準(zhǔn)精度JD，其中JD的值不能小于微波源功率控制的最小步 進(jìn)。然后輸入微波源的第一個(gè)頻率，在這個(gè)頻率下對電光調(diào)制器輸出的參考光功率P進(jìn)行 校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成進(jìn)行下一個(gè)頻率點(diǎn)的校準(zhǔn)，直到所有的頻率點(diǎn)校準(zhǔn)完畢。下面以具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的實(shí)施。波長為1550nm窄線寬激光器出射的連 續(xù)光被耦合器分成兩路，其中一路作為探測光，被脈沖調(diào)制器調(diào)制為脈沖光，再經(jīng)光放大器 后注入傳感光纖。另一路激光經(jīng)過約IlGHz微波驅(qū)動的電光調(diào)制器，產(chǎn)生該激光的正負(fù)一 級邊頻光。其中驅(qū)動電光調(diào)制器的微波信號源的輸出頻率與功率受計(jì)算機(jī)的控制。將電光 調(diào)制器產(chǎn)生的正負(fù)一級邊頻光作為本地參考光，與傳感光纖中散射回來的布里淵散射光相 干，被雙平衡外差光接收機(jī)接收。在該BOTDR系統(tǒng)進(jìn)行相干探測前對10. 4GHz至11. 4GHz 范圍內(nèi)的不同頻率點(diǎn)參考光功率進(jìn)行校準(zhǔn)。此時(shí)控制脈沖調(diào)制器使傳感光纖中無探測光， 也即是使光接收機(jī)低頻端口輸出的信號全部為本地參考光信號。計(jì)算機(jī)預(yù)設(shè)的參考光功率 為-7. 96dBm。利用本發(fā)明方案對10. 4GHz至11. 4GHz范圍參考光功率進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后的 結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，經(jīng)過校準(zhǔn)的參考光功率與預(yù)定參考光功率(_7.96dBm)的誤 差小于0. 07dB,絕對功率誤差小于0. 0025mff,是未校準(zhǔn)前誤差0. 2dB (0. 0072mff)的三分之 一。相應(yīng)地，根據(jù)功率與溫度和應(yīng)變的線性關(guān)系，溫度或應(yīng)變測量精度可以提高至未校準(zhǔn)前 的3倍。 作為對比，圖4中也給出了商用Agilent自校準(zhǔn)微波源驅(qū)動電光調(diào)制器產(chǎn)生的參 考光功率與頻率的關(guān)系曲線。由圖可見，Agilent微波源雖然功率穩(wěn)定，但是由于電光調(diào)制 器對不同頻率響應(yīng)的不同，導(dǎo)致不同頻率處參考光的功率不同。這也說明了本發(fā)明采用的 電光調(diào)制器輸出總功率反饋校準(zhǔn)參考光功率方法的有效性和優(yōu)越性。
權(quán)利要求
參考光光功率校準(zhǔn)的布里淵光時(shí)域反射儀，激光器的出射光經(jīng)耦合器輸出到探測光路和參考光路中，探測光路中連續(xù)激光經(jīng)脈沖調(diào)制器、光放大器后注入傳感光纖，得到布里淵散射光輸入外差光接收機(jī)，參考光路中連續(xù)激光經(jīng)過電光調(diào)制器產(chǎn)生參考光輸入外差光接收機(jī)，所述電光調(diào)制器由一微波源驅(qū)動，連續(xù)激光經(jīng)電光調(diào)制器得到其正負(fù)一級邊頻光作為本地參考光，外差光接收機(jī)輸出布里淵散射光與本地參考光相干后產(chǎn)生的電信號，其特征是外差光接收機(jī)設(shè)有低頻和高頻兩個(gè)輸出端口，所述高頻端口輸出信號在10MHz以上，低頻端口輸出信號在100KHz以下，高頻輸出端口經(jīng)濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字處理器后輸入計(jì)算機(jī)，低頻輸出端口經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器后輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)設(shè)有與微波源連接的輸出端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的參考光光功率校準(zhǔn)的布里淵光時(shí)域反射儀，其特征是電光調(diào) 制器與外差光接收機(jī)的光路連接上設(shè)有擾偏器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的參考光光功率校準(zhǔn)的布里淵光時(shí)域反射儀，其特征是所 述計(jì)算機(jī)為個(gè)人計(jì)算機(jī)，或具有顯示、控制功能的嵌入式系統(tǒng)。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的參考光光功率校準(zhǔn)的布里淵光時(shí)域反射儀的校準(zhǔn)方法， 其特征是控制電光調(diào)制器的偏置電壓和微波源的微波信號輸入，使電光調(diào)制器輸出的總功 率中作為本地參考光的正負(fù)一級邊頻光所占比重高于99%，外差光接收機(jī)設(shè)置低頻和高頻 兩個(gè)輸出端口，高頻端口輸出信號在IOMHz以上，低頻端口輸出信號在IOOKHz以下，將低 頻端口輸出的信號全部視為本地參考光的電信號，低頻輸出端口的電信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送 入計(jì)算機(jī)，作為參考光的光功率校準(zhǔn)反饋量，與計(jì)算機(jī)中的預(yù)定參考光功率進(jìn)行對比，根據(jù) 對比結(jié)果由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令調(diào)整微波源的輸出功率，從而對微波源的輸出功率進(jìn)行反饋控 制，進(jìn)而改變本地參考光的光功率，使之與預(yù)定參考光功率的差異小于設(shè)定值；高頻輸出端 口輸出的相干光差頻信號也就是布里淵散射譜電信號，該相干光差頻信號經(jīng)濾波、模數(shù)轉(zhuǎn) 換和數(shù)字信號處理后，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的參考光光功率校準(zhǔn)的布里淵光時(shí)域反射儀的校準(zhǔn)方法，其特 征是在本地參考光的光功率校準(zhǔn)時(shí)，控制脈沖調(diào)制器或光放大器使傳感光纖中無探測光注 入，從而使外差光接收機(jī)中無布里淵散射光輸入，而僅有本地參考光輸入，進(jìn)行參考光功率 校準(zhǔn)，在本地參考光的光功率與預(yù)定參考光功率的誤差小于設(shè)定值后，再向傳感光纖中注 入探測光，獲得布里淵散射信號。
6.根據(jù)權(quán)利要4或5所述的參考光光功率校準(zhǔn)的布里淵光時(shí)域反射儀的校準(zhǔn)方法，其 特征是計(jì)算機(jī)向微波源發(fā)送頻率控制字和功率控制字，步進(jìn)調(diào)整微波源的輸出，使微波源 向電光調(diào)制器輸出相應(yīng)的頻率和功率；對每個(gè)本地參考光的頻率點(diǎn)的光功率均進(jìn)行校準(zhǔn)， 具體為首先在計(jì)算機(jī)中設(shè)定預(yù)定參考光功率CK以及校準(zhǔn)精度JD，所述校準(zhǔn)精度JD即為實(shí)際 本地參考光的光功率與預(yù)定參考光功率的差異閾值，校準(zhǔn)精度JD的值不小于微波源功率 控制的最小步進(jìn)；然后由計(jì)算機(jī)向微波源發(fā)送一個(gè)頻率控制字和功率控制字，微波源驅(qū)動 電光調(diào)制器輸出對應(yīng)的參考光光功率，在這個(gè)頻率下對參考光的光功率P根據(jù)參考光功率 CK和校準(zhǔn)精度JD進(jìn)行校準(zhǔn)，此頻率校準(zhǔn)完成后再進(jìn)行下一個(gè)頻率點(diǎn)的校準(zhǔn)直到所有的頻 率點(diǎn)校準(zhǔn)完畢。
全文摘要
參考光光功率校準(zhǔn)的布里淵光時(shí)域反射儀及其校準(zhǔn)方法，在現(xiàn)有自外差相干檢測的布里淵光時(shí)域反射儀基礎(chǔ)上，從外差光接收機(jī)獲取本地參考光的電信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，作為參考光的光功率校準(zhǔn)反饋量，由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令調(diào)整微波源的輸出功率，改變本地參考光的光功率，使之與預(yù)定參考光功率的差異小于設(shè)定值，功率校準(zhǔn)后進(jìn)行布里淵光時(shí)域信號探測。本發(fā)明使BOTDR在工作過程中不會受到微波源的工作環(huán)境溫度，連接微波源與電光調(diào)制器的微波傳輸線，以及電光調(diào)制器對于不同頻率微波信號的功率響應(yīng)不同的影響，實(shí)現(xiàn)不同頻率點(diǎn)參考光功率與預(yù)定功率的誤差小于設(shè)定值，確保應(yīng)變與溫度的精確測量。
文檔編號G01K15/00GK101839698SQ20101016046
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者張旭蘋, 李存磊, 王金兵, 路元剛 申請人:南京大學(xué)