頻率編碼光纖時域反射儀及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)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(diào)制器、射頻信號發(fā)生器、光纖放大器、光回旋器、第二光纖耦合器、平衡探測器和數(shù)據(jù)采集卡。通過對光脈沖進(jìn)行頻率調(diào)制，使得空間分辨率不受光脈沖持續(xù)時間的限制，空間分辨率不再取決于脈沖的寬度，而取決于探測脈沖的頻率調(diào)制范圍。以達(dá)到同時實現(xiàn)高空間分辨率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(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光纖傳輸測量領(lǐng)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(shù)】
[0002] 光時域反應(yīng)儀 OTDR(Coherent Optic Time Domain Reflectometry)是測量光纖 傳輸特性的測量儀器，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在光纖通信系統(tǒng)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(shù)，OTDR可 測量整個光纖鏈路的衰減并提供與長度有關(guān)的衰減細(xì)節(jié)，具體表現(xiàn)為探測、定位和測量光 纖鏈路上任何位置的事件。
[0003] 現(xiàn)有的OTDR技術(shù)中，探測距離和空間分辨率是一對相互制約的矛盾，為了實現(xiàn)高 空間分辨率，需要減小脈沖的持續(xù)時間，這就降低了光脈沖的能量，導(dǎo)致測量距離的縮短。 現(xiàn)有的OTDR技術(shù)已經(jīng)分別實現(xiàn)了上千公里的探測距離和1米的空間分辨率，但是這兩個參 數(shù)不能夠同時實現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，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(xiàn)兼?zhèn)涓呖臻g分辨率和長探測距離的優(yōu)點。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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(diào)制器、射頻信 號發(fā)生器、光纖放大器、光回旋器、第二光纖耦合器、平衡探測器和數(shù)據(jù)采集卡，從所述光源 發(fā)出的光經(jīng)過第一耦合器后分為兩束，一束光經(jīng)過聲光調(diào)制器，變?yōu)閹в蓄l率編碼的脈沖 信號，然后該脈沖信號經(jīng)過光纖放大器后作為探測脈沖信號，該探測脈沖信號經(jīng)光回旋器 進(jìn)入待測光纖，從待測光纖散射回的光經(jīng)過光回旋器進(jìn)入第二光纖耦合器，并在第二光纖 耦合器與光源發(fā)出的另一束光發(fā)生干涉，從第二光纖耦合器輸出的光進(jìn)入平衡探測器轉(zhuǎn)換 為電信號，該電信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡變成數(shù)字信號，所述數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換電路，所 述聲光調(diào)制器由射頻信號發(fā)生器驅(qū)動。
[0007] 同時本發(fā)明技術(shù)方案相應(yīng)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(fā)生器發(fā)出的射頻信號在時間上是脈沖信號，并且其頻率在脈沖持續(xù)時間內(nèi)線性變 化，因此，光信號經(jīng)過聲光調(diào)制器后強(qiáng)度受到調(diào)制，變成脈沖信號，脈沖持續(xù)時間為Tp ;與 此同時，光信號的頻率也發(fā)生線性變化，其改變量等于射頻信號發(fā)生器的頻率，光脈沖的表 達(dá)式為：
[0008]

【權(quán)利要求】
1. 一種頻率編碼光纖時域反射儀，其特征在于，包括光源、第一光纖稱合器、聲光調(diào)制 器、射頻信號發(fā)生器、光纖放大器、光回旋器、第二光纖耦合器、平衡探測器和數(shù)據(jù)采集卡， 從所述光源發(fā)出的光經(jīng)過第一耦合器后分為兩束，一束光經(jīng)過聲光調(diào)制器，變?yōu)閹в蓄l率 編碼的脈沖信號，然后該脈沖信號經(jīng)過光纖放大器后作為探測脈沖信號，該探測脈沖信號 經(jīng)光回旋器進(jìn)入待測光纖，從待測光纖散射回的光經(jīng)過光回旋器進(jìn)入第二光纖耦合器，并 在第二光纖耦合器與光源發(fā)出的另一束光發(fā)生干涉，從第二光纖耦合器輸出的光進(jìn)入平衡 探測器轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡變成數(shù)字信號，所述數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)置A/D 轉(zhuǎn)換電路，所述聲光調(diào)制器由射頻信號發(fā)生器驅(qū)動。
2. -種權(quán)利要求1所述頻率編碼光纖時域反射儀的工作方法，其特征在于，所述射頻 信號發(fā)生器發(fā)出的射頻信號在時間上是脈沖信號，并且其頻率在脈沖持續(xù)時間內(nèi)線性變 化，因此，光信號經(jīng)過聲光調(diào)制器后強(qiáng)度受到調(diào)制，變成脈沖信號，脈沖持續(xù)時間為T p ;與 此同時，光信號的頻率也發(fā)生線性變化，其改變量等于射頻信號發(fā)生器的頻率，光脈沖的表 達(dá)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(jī)相位噪聲； 探測脈沖信號進(jìn)入待測光纖后，在光纖中發(fā)生反射和瑞利散射，每一點反射回來的光 脈沖都具有相同的持續(xù)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，系數(shù)2是由于光需要往返傳輸，散射光與本地光相干后，在平衡探測器 上產(chǎn)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(chǎn)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(dá)式如下：
從平衡探測器接收到的拍頻信號需要經(jīng)過解調(diào)，得到待測光纖上每個位置的散射強(qiáng) 度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的工作方法，其特征在于，所述對平衡探測器接收到的拍頻信 號解調(diào)過程具體為：首先產(chǎn)生一個具有相同頻率啁啾速率、但持續(xù)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，其值正比于散射信號在待測光纖上的位置，據(jù)此解調(diào)出待測光纖上每個點的散射信號 的強(qiáng)度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的工作方法，其特征在于，該解調(diào)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(jī)內(nèi)進(jìn)行相乘，然后對相乘后的結(jié)果做傅立葉變換，以得到不 同差頻處信號的強(qiáng)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的工作方法，其特征在于，所述對平衡探測器接收到的拍頻信 號解調(diào)過程具體為：平衡探測器接收到的頻率范圍為n到f2且fl〈f2的拍頻信號直接被 數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在數(shù)字處理設(shè)備中進(jìn)行拍頻信號的檢測，數(shù)據(jù)采集卡的采樣 速率大于f2的兩倍，以滿足奈奎斯特采樣定律。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的工作方法，其特征在于，所述對平衡探測器接收到的拍頻信 號解調(diào)過程具體為：平衡探測器接收到的頻率范圍為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(jìn)行混頻，產(chǎn)生差頻信號fl-f〇到f2-f0,用帶通濾波器取出其差頻 信號，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，在數(shù)字設(shè)備中進(jìn)行拍頻信號的檢測。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的工作方法，其特征在于，所述采樣的頻率大于差頻信號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(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】何祖源, 劉慶文, 樊昕昱, 杜江兵, 馬麟 申請人:無錫聯(lián)河光子技術(shù)有限公司