[發明專利]一種基于擴頻技術的光纖背向散射測量的方法和裝置

有效

• 申請號: 201410491605.5
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN104266752B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 李衛
• 申請（專利權）人: 李衛
• 主分類號: G01J1/04
• 分類號: G01J1/04;G01J5/08;H04B10/071;H04B10/556
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙)11348
• 代理人: 王偉鋒,劉鐵生

技術領域

本發明涉及光電檢測技術，特別涉及一種基于擴頻技術光纖背向散射測量的方法和裝置。

背景技術

光纖中的散射信號主要有瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射。光纖背向散射測量是通過一定的定位技術，對光線在光纖中傳輸時的各種散射和菲涅爾反射在光發射端進行測量的方法。

光纖背向散射測量在目前市場上有兩大應用領域。其一是測量光纖的鏈路損耗、插入點損耗以及故障點位置，主要是通過測量光纖各點的背向瑞利散射和菲涅耳反射來實現；其二主要通過測量光纖中各點的背向拉曼散射或背向布里淵散射，利用它們的幅值或頻率與溫度和應變的關系來實現傳感信號測量。

目前常見的能實現光纖背向散射測量的裝置主要分光時域反射計(OTDR)和光頻域反射計(OFDR)，他們的定位技術不同。OFDR系統需要的光源應該為線性掃頻窄線寬單縱模激光器，所以對光源的要求很高；OTDR是通過分析后向散射光的時間差和光程差進行檢測。探測分辨率的提高依賴于探測脈沖寬度的減小，但是，在激光功率一定的條件下，會造成探測脈沖能量的降低和噪聲電平的增加，從而引起動態范圍的減小。

在無線通信和檢測領域里廣泛被采用的擴頻技術屬于相關檢測技術。如在《軍事通信技術》中2003年發表的《基于擴頻技術的光時域反射儀》中提到的那樣，擴頻技術可以有效地減少噪聲的影響，能在不犧牲分辨率的前提下提高信噪比。理論上將擴頻技術應用在光背向散射檢測領域有很好的前景。但是正如在光通信領域里利用擴頻技術一樣，在光纖檢測和傳感領域應用擴頻技術同樣面臨如何實現雙極性編碼、以及為了克服電子瓶頸如何實現光域解擴的技術問題。這些技術問題至今沒有很好的解決方案。在文獻《使用互補碼提高OTDR測量動態范圍的方法》提到的將格雷互補碼技術有利于提高OTDR測量動態范圍，但在處理雙極性的方式上也很繁瑣，并且要擴大一倍的序列發送量，影響系統檢測的時間。

解擴是發送序列和本地序列的相關運算，涉及乘法運算和積分運算兩種運算。工程實踐中積分運算通常由低通濾波器來完成。在電域中完成解擴運算有成熟的辦法，但對寬帶高速信號要遇到電子瓶頸的問題。因為低通濾波器或積分器不涉及電子瓶頸問題，如果能在光域中完成相關運算中乘法運算，將是個非常有意義的結果。

現有的光背向散射測量不能很好的兼顧測量精度、動態范圍。擴頻技術應用在這些領域理論上有很好的前景但面臨如何實現在光域實現雙極性碼以及光域解擴的技術難題。

因此，提供一種能夠有效解決上述難題的光背向散射測量方法和裝置成為業內急需解決的問題。

發明內容

為了解決上述的技術問題，提供了一種基于擴頻技術的光纖背向散射測量的方法和裝置。

本發明提供了一種基于擴頻技術的光纖背向散射測量的方法，該方法包括：發送序列利用DPSK調制方式對光源信號進行相位調制；相位調制后的DPSK光信號進入待測光路；從待測光路反射或背向散射的DPSK光信號經第一光定向耦合器或光環行器進入延遲干涉儀，從而實現DPSK光信號的解調；對解調后的DPSK光信號進行光電轉換；利用本地序列對光電轉換后的信號進行相關解擴，以進行光背向散射測量。

優選地，該方法還包括：利用本地序列調制延遲干涉儀的相位或本地序列利用DPSK調制方式調制相位調制后的DPSK光信號，以提前完成相關解擴光電轉換后的信號所需的乘法運算。

優選地，該方法還包括：濾波從第一光定向耦合器或光環行器輸出的反射或背向散射的DPSK光信號，并對濾波后的光DPSK信號進行解調和相關解擴。

優選地，該方法還包括：對從第一光定向耦合器或光環行器輸出的反射或背向散射的DPSK光信號進行分光，并對分光后的DPSK光信號進行濾波。

本發明提供了一種基于擴頻技術的光纖背向散射測量的裝置，該裝置包括：光發送單元、發送序列發生器、第一差分預編碼器、第一相位調制器、第一光定向耦合器或光環行器、延遲干涉儀、光電平衡檢測器、第一本地序列發生器、相關解擴器、以及光背向散射測量處理單元；光發送單元，用于產生光源信號；發送序列發生器，用于產生發送序列信號；差分預編碼器，用于對發送序列進行差分預編碼；第一相位調制器，用于利用DPSK調制方式對光源信號進行相位調制；第一光定向耦合器或光環行器，用于將反射或背向散射的DPSK光信號輸入延遲干涉儀；延遲干涉儀，用于解調反射的DPSK光信號；光電平衡檢測器，用于對解調后的DPSK光信號進行光電轉換；相關解擴器，用于利用本地序列對光電轉換后的信號進行相關解擴；光背向散射測量處理單元，用于進一步處理相關解擴結果來實現光背向散射測量。