[發明專利]基于光時域反射原理的分布式光纖斐索干涉儀

在審

• 申請號: 201310195672.8
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN104180830A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 苑立波
• 申請（專利權）人: 無錫萬潤光子技術有限公司
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01B9/02;G01H9/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

(一)技術領域

本發明一種基于光時域反射(OTDR)原理的分布式斐索干涉儀，可用于分布式光纖傳感與測量，屬于光纖傳感技術領域。

(二)背景技術

利用傳輸光纖中后向瑞利散射光攜帶有光纖位置、外界擾動等信息的特點，采用白光干涉技術和非平衡馬赫-曾德干涉儀對單個光脈沖進行光程分離產生前后兩個脈沖的分光方法，可以構造出一種基于光時域反射(OTDR)原理的分布式斐索干涉儀，這為分布式干涉的傳感與測量提供了可能。

1976年，M.K.Barnoski和S.M.Jensen發明的光時域反射計(OTDR-Optical?Time?Domain?Reflectmeter)，借助于對光纖中后向散射光的檢測實現了光纖損耗的分布測量。當將窄脈沖光注入待測光纖時，該系統可通過測量后向散射光強隨時間的變化來檢查光纖中的連續性并測出其衰減，從而確定待測光纖的長度及其沿線損耗分布情況。由于OTDR測試方法具有非破壞性、只需一端接入以及直觀快速的優點，使其成為光纖光纜生產、施工、維護中不可缺少的儀器。然而，傳統的OTDR技術由于測量的僅是后向散射強度信號，因而只對端面、斷點或者較大的固定彎曲損耗比較靈敏，對光纖隨時間變化的微小擾動，例如：振動信號，卻不太靈敏。為此，公開號為CN101290235A的發明技術專利給出了一種干涉型光時域反射計，在原有OTDR基礎上，采用2×2耦合器，增加了一路參考光纖，從而實現了在后向散射強度信號的基礎上，疊加了分布式干涉信息。但由于一方面，探測光纖和參考光纖是分離的，溫度影響難以克服；另一方面，較小的干涉信號疊加在較大的強度信號上，致使系統的探測靈敏度不高。為了解決探測光纖與參考光纖分離的缺點，公開號為CN102809421A的發明技術專利在傳統的OTDR基礎上，采用了偏振光分束器，將后向散射光進行偏振態正交分離并以差動的方式進行放大。這一方面，失去了干涉測量的特點；另一方面，由于環境溫度變化對光纖雙折射的影響，也會使得振動探測的定位精度下降。

為了克服上述缺點和不足，本發明提出了一種基于光時域反射(OTDR)原理的分布式斐索干涉儀。它采用白光光源，在同一根光纖中通過一個非平衡馬赫-曾德干涉儀對單個光脈沖進行光程分離產生前后兩個脈沖的分光方法，形成兩路光的后向瑞利散射信號，經由同一個非平衡馬赫-曾德干涉儀對兩脈沖光的光程進行補償，就構成了可進行分布測量的斐索干涉儀。同時借助于2×2光纖耦合器兩個探測端口干涉信號反相的特點，進行兩信號的差動探測與放大，這一方面自動地消除了不發生干涉的強度后向散射信號；另一方面，也消除了相干信號中的后向散射強度信號本底。此外，還使得干涉信號實現了倍增。由于光干涉法具有靈敏度高、動態范圍大、響應度快、傳輸距離遠等優點，加之處于同一根光纖中的前后兩脈沖處于共光路的條件下，溫度變化對兩脈沖的光路影響相同，這就實現了溫度影響的自動補償。因此，這種新型光時域散射斐索干涉儀有望實現對長距離分布式微小擾動的檢測與定位。

(三)發明內容

本發明針對已有技術存在的不足，提出了一種基于光時域反射(OTDR)原理的分布式斐索干涉儀，可用于分布式光纖傳感與測量，如附圖1所示。其特征為，該系統由寬譜光源(1)，三端口光纖環形器(2)，2×2光纖耦合器(3)和(4)組成的非平衡馬赫-曾德干涉儀(5)，傳感光纖(6)，光電探測器(9)和光電探測器(10)以及差動信號放大處理電路(11)組成。寬普光源(1)發出的光由三端光纖環形器(2)進入系統，三端光纖壞形器的另外兩端口分別與光纖耦合器(3)和光電探測器(9)連接，光纖耦合器(3)的另一端口與光電探測器(10)連接，光電探測器(9)和光電探測器(10)再分別與差動信號放大處理電路(11)連接，光纖耦合器(4)的輸出端口與傳感光纖(6)連接。