[發明專利]一種基于自相干的OTDR系統測量單模光纖拍長的系統

有效

• 申請號: 201310013735.3
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103076160B
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發明（設計）人: 歐中華;陳玉;盧磊;岳慧敏;李劍鋒;劉永
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

本發明屬于光纖傳感器技術領域，特別涉及一種基于OTDR系統采用自相干原理測量光纖拍長的系統。

背景技術

伴隨著光纖技術的發展，分布式光纖傳感器的研究也已經成為最具代表性的新興技術之一，其應用已經逐步從軍事領域發展到了電力、石油、石化、交通和建筑等各個工業領域。迄今，已經證明光纖傳感器可以應用于位移、振動、轉動、壓力、彎曲、應變、速度、加速度、電流、磁場、電壓、溫度、聲場、流量、濃度、PH值等七十多個物理量的測量。其中，應力或應變成為工程應用中測量最多的物理量之一。OTDR（光時域反射計）是測試光纖傳輸鏈路特性的儀器，它以瑞利后向散射理論為基礎。后向瑞利散射理論由Barnoski和Jensen于1975年首次提出。1976年Personik對后向散射技術作了進一步的研究和發展，并通過各種實驗數據，建立了多模光纖的瑞利后向散射功率方程。1980年Brinkmeyer將后向散射技術應用于單模光纖，推導出同樣的關系，論證了瑞利后向散射功率不僅適用于多模光纖，也適用于單模光纖。1984年HHartog和MartinPGold進一步從理論上對單模光纖的后向散射理論進行了闡述，并論證了后向散射系數與光纖結構參數的關系。分布式光纖傳感器的發展是隨著OTDR的出現而成熟起來的。OTDR是利用背向散射光來測量光纖的傳播特性。光源發出的光脈沖在光纖中會發生后向瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射，其中瑞利散射是最強的散射過程，待測光纖中的某些參數會在散射過程中調制到脈沖光上。因此利用OTDR技術系統就可以通過測定后向散射光強隨時間的變化關系來檢測光纖參數的分布情況，從而確定光纖的長度和每一處的參數分布信息。

單模光纖的拍長表征的是在光纖中傳輸光的復合偏振態完成一個周期變化所傳輸的光纖長度。當一個線偏振光隨機注入保偏光纖時，能力被耦合到X,Y兩個方向，在光纖的不同位置，他們的合成偏振態是不同的，從線偏振光到順時針旋轉的橢圓偏振光，到逆時針旋轉的橢圓偏振光，然后回到同方向的線偏振光，完成一個偏振周期，這時的傳輸距離即等于拍長。拍長是和光纖雙折射效應直接聯系的，反應了單模光纖中傳輸光的偏振態信息，對于分析光纖所受到的應力或應變、溫度等環境參數有著重要的幫助。拍長測量方法種類較多,目前主要方法有：散射法、POTDR法、扭轉法、壓力法、壓力調制法、光彈性調制法、電磁法、剪斷法等。側壓法通過在保偏光纖上施加一個壓應力來改變保偏光纖的耦合能力，同時移動壓力點的位置，光纖的耦合能力有一個正弦的變化。通過測試這種正弦變化的周期來獲得光纖的拍長。使用側壓法由于所施加壓應力的大小，方向和位置都會影響光纖的耦合能力，因此獲得一個穩定的變化周期比較困難。

發明內容

針對上述現有的技術，本發明提供一種基于自相干的OTDR系統測量光纖拍長的系統，能夠便捷準確的測出單模光纖的拍長。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于自相干的OTDR系統測量單模光纖拍長的系統，其特征在于：包括窄線寬激光器、脈沖調制器、隔離器、偏振控制器、環行器、單模測試光纖、數據采集單元以及信息處理系統，窄線寬激光器產生的窄線寬激光通過脈沖調制器產生脈沖激光，依次通過隔離器以及偏振控制器，經過偏振控制器之后使x，y方向的分量的光功率大致相等，再通過環行器耦合進入單模測試光纖。環行器1端口作為輸入端通過連接光纖與偏振控制器相連，2端口與單模測試光纖連接，3端口通過連接光纖與數據采集單元中的光電探測器相連。

所述窄線寬激光器的工作波長為1540nm-1560nm，典型值為1550nm，線寬小于0.1nm。

所述信號探測單元的光電探測器使用高速探測模塊，峰值波長1550nm，波長范圍800-1700nm。

所述隔離器用于阻隔經環行器返回的光，防止返回光產生的干擾。

通過調節偏振控制器將光源的輸出光分別耦合進測試光纖的兩個不同的方向，傳輸過程中在光纖某些部分折射率分布不均勻，會產生后向瑞利散射，散射光在環行器中發生自相干，形成穩定的干涉波形，最后通過數據采集以及處理單元得到所需要的探測信號。利用周期性的干涉波形，可以通過計算相鄰波峰間的距離等參數來計算出單模測試光纖的拍長。此系統為測試光纖拍長提供了一種基于自相干理論和OTDR的新方法。

本發明提供了一種基于自相干的OTDR系統測量單模光纖拍長的系統，本系統設計新穎，實驗設備精簡，能夠高效準確的測量出測試光纖的拍長，以研究光纖中的應力雙折射效應等。

與現有的技術相比，本發明具有以下有益效果：