[發明專利]頻率編碼光纖時域反射儀及其工作方法

有效

• 申請號: 201410620545.2
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN104344945A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 何祖源;劉慶文;樊昕昱;杜江兵;馬麟
• 申請（專利權）人: 無錫聯河光子技術有限公司
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 宋敏

技術領域

本發明涉及光纖傳輸測量領域，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

光時域反應儀OTDR(Coherent?Optic?Time?Domain?Reflectometry)是測量光纖傳輸特性的測量儀器，現已經廣泛應用在光纖通信系統中，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，OTDR可測量整個光纖鏈路的衰減并提供與長度有關的衰減細節，具體表現為探測、定位和測量光纖鏈路上任何位置的事件。

現有的OTDR技術中，探測距離和空間分辨率是一對相互制約的矛盾，為了實現高空間分辨率，需要減小脈沖的持續時間，這就降低了光脈沖的能量，導致測量距離的縮短。現有的OTDR技術已經分別實現了上千公里的探測距離和1米的空間分辨率，但是這兩個參數不能夠同時實現。

發明內容

本發明的目的在于，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，以實現兼備高空間分辨率和長探測距離的優點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種頻率編碼光纖時域反射儀，包括光源、第一光纖耦合器、聲光調制器、射頻信號發生器、光纖放大器、光回旋器、第二光纖耦合器、平衡探測器和數據采集卡，從所述光源發出的光經過第一耦合器后分為兩束，一束光經過聲光調制器，變為帶有頻率編碼的脈沖信號，然后該脈沖信號經過光纖放大器后作為探測脈沖信號，該探測脈沖信號經光回旋器進入待測光纖，從待測光纖散射回的光經過光回旋器進入第二光纖耦合器，并在第二光纖耦合器與光源發出的另一束光發生干涉，從第二光纖耦合器輸出的光進入平衡探測器轉換為電信號，該電信號經過數據采集卡變成數字信號，所述數據采集卡內置A/D轉換電路，所述聲光調制器由射頻信號發生器驅動。

同時本發明技術方案相應公開一種頻率編碼光纖時域反射儀的工作方法，所述射頻信號發生器發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時間內線性變化，因此，光信號經過聲光調制器后強度受到調制，變成脈沖信號，脈沖持續時間為τp；與此同時，光信號的頻率也發生線性變化，其改變量等于射頻信號發生器的頻率，光脈沖的表達式為：

其中ω₀是光頻率，γ是光頻率掃頻的速度，φ(t)是t時刻的光隨機相位噪聲；

探測脈沖信號進入待測光纖后，在光纖中發生反射和瑞利散射，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τ,τ＝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，在平衡探測器上產生外差信號，其差頻信號也具有頻率啁啾：

其中R是FUT上該點的散射系數，是一個相位常數，

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生的散射信號雖然具有不同的時間延遲τ，但是都具有相同的頻率啁啾形狀，其表達式如下：

從平衡探測器接收到的拍頻信號需要經過解調，得到待測光纖上每個位置的散射強度。

優選的，所述對平衡探測器接收到的拍頻信號解調過程具體為：首先產生一個具有相同頻率啁啾速率、但持續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，據此解調出待測光纖上每個點的散射信號的強度。

優選的，該解調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內進行相乘，然后對相乘后的結果做傅立葉變換，以得到不同差頻處信號的強度。

優選的，所述對平衡探測器接收到的拍頻信號解調過程具體為：平衡探測器接收到的頻率范圍為f1到f2且f1<f2的拍頻信號直接被數據采集卡轉換為數字信號，在數字處理設備中進行拍頻信號的檢測，數據采集卡的采樣速率需要大于f2的兩倍，以滿足奈奎斯特采樣定律。

優選的，所述對平衡探測器接收到的拍頻信號解調過程具體為：平衡探測器接收到的頻率范圍為f1到f2且f1<f2的拍頻信號，首先與一個固定的中頻信號f0進行混頻，產生差頻信號f1-f0到f2-f0，用帶通濾波器取出其差頻信號，然后進入數據采集卡，在數字設備中進行拍頻信號的檢測。

優選的，所述采樣的頻率大于差頻信號f2-f0的兩倍。

本發明的技術方案具有以下有益效果：