[實用新型]一種基于FMCW技術的光纖故障定位裝置

有效

• 申請號: 201420673746.4
• 申請日: 2014-11-12
• 公開（公告）號: CN204190770U
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 張引發;鄧大鵬;潘青;張隨心;丁德強;李衛;林初善;王英杰
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍西安通信學院
• 主分類號: H04B10/07
• 分類號: H04B10/07
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

技術領域

本實用新型屬于光纖測距領域，具體涉及一種基于FMCW技術的光纖故障定位裝置。

背景技術

傳統的光纖故障定位的方法主要是利用光時域反射儀OTDR來測量故障點距離，它的基本原理是向待測光纖中發射一短脈沖光，通過檢測背向光的時間響應來計算光纖距離，OTDR對光源要求較高，且空間分辨率和動態范圍、系統靈敏度之間存在矛盾。調頻連續波FMCW是一種在高精度雷達測距中使用的技術，主要優點是測距精度高、設備相對簡單、易于實現固態化設計等。目前OFDR技術是利用FMCW技術在光域實現光相干處理，空間分辨率和系統靈敏度高，但是實現難度大、測試距離短、對外界環境非常敏感，主要用于分布式溫度傳感，很難用在長距離的光纖測距中。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種基于FMCW技術的光纖故障定位裝置，解決了現有基于OFDR技術的光纖故障定位裝置中，使用線性掃頻光源和耦合器進行光相干處理造成的技術復雜、穩定性差、成本高且不能用于長距離光纖測距的問題。

本實用新型所采用的技術方案是，一種基于FMCW技術的光纖故障定位裝置，包括FMCW信號源，FMCW信號源與外調制器和混頻器連接，外調制器的兩端分別連接光源和三端子器件環形器的a口，環形器的c口與光電探測器連接，光電探測器后連接有混頻器。

本實用新型的特點還在于，

光纖故障定位裝置還包括低通濾波器、頻譜分析儀和計算機，其中，混頻器、低通濾波、頻譜分析儀和計算機依次連接。

光源為半導體激光器，FMCW信號源的核心芯片采用AD9858，外調制器為M-Z調制器，采用JDSU?LiNbO³電光強度調制器，光電探測器采用KG-HSP高靈敏度光探測模塊，混頻器的核心芯片為AD834。

頻譜分析儀采用RIGOL?DSA1030A儀表。

本實用新型的有益效果是，本實用新型的光纖故障定位裝置結構簡單，可通過光電探測器將光信號轉化成電信號，然后在混頻器內進行電相干處理，從差頻信號中獲取光纖距離。由于電相干處理過程簡單，使光纖測距更易實現。本實用新型的光纖故障定位裝置將復雜的光相干處理替換為簡單的電相干處理，并且用普通激光光源代替了現有裝置中的線性掃頻光源，降低了成本，為光纖故障定位和診斷提供了一種新的裝置。

附圖說明

圖1為本實用新型的基于FMCW技術的光纖故障定位裝置結構圖。

圖中，1.光源，2.FMCW信號源，3.外調制器，4.環形器，5.光探測器，6.混頻器，7.低通濾波器，8.頻譜分析儀，9.計算機，10.環形器a口，11.環形器c口，12.環形器b口。

具體實施方式

下面結合具體實施方式，對本實用新型作進一步詳細的描述。

參見圖1，基于FMCW技術的光纖故障定位裝置中包括FMCW信號源2，FMCW信號源2與外調制器3和混頻器6連接，外調制器3的兩端分別連接光源1和三端子器件環形器4的a口10，環形器4的c口11與光電探測器5連接，光電探測器5后連接有混頻器6，混頻器6、低通濾波器7、頻譜分析儀8和計算機9依次連接。

其中，環形器b口12連接待測光纖，光源1為半導體激光器，FMCW信號源2的核心芯片采用AD9858，外調制器3為M-Z調制器，采用JDSU?LiNbO³電光強度調制器，光電探測器5具有高的靈敏度和低的等效噪聲功率，采用KG-HSP高靈敏度光探測模塊，混頻器6的核心芯片為AD834，頻譜分析儀8采用RIGOL?DSA1030A儀表。

本實用新型的基于FMCW技術的光纖故障定位裝置的工作過程為，FMCW信號源2同時產生兩路線性調頻連續波信號，一路作為參考信號輸入混頻器6，另一路作為調制信號輸入外調制器3，驅動外調制器3對光源1產生的直流光信號進行外調制，調制后的光信號首先通過環形器4的a口進入環形器，再經b口注入待測光纖，環形器4將光纖中的入射光和背向散射光分離，然后由c口將背向散射光輸出，背向散射光經光電探測器5轉換為電信號，該電信號為反射信號，反射信號從光電探測器5輸出后進入混頻器6，混頻器6將來自FMCW信號源2的參考信號和光電探測器4的反射信號進行混頻，混頻后用低通濾波器7濾除高頻分量，得到包含距離信息的差頻信號，差頻信號從低通濾波器7輸出后輸入頻譜分析儀8，頻譜分析儀8進行頻域采樣和快速傅利葉變換(FFT)分析數據，計算機9采集分析后的數據并顯示圖像信息，將頻率信息轉換成光纖位置信息。

本實用新型利用FMCW技術進行光纖故障定位的基本原理是，FMCW信號源同時產生兩路線性調頻連續波信號，一路作為參考信號輸入混頻器，另一路作為調制信號輸入M-Z調制器，對光源進行外調制，調制后的光信號通過環形器注入待測光纖中，由于光在光纖的傳輸過程中存在瑞利散射和菲涅爾反射，光電探測器將背向散射光轉換成電信號，稱之為反射信號。用寬帶模擬乘法器對參考信號和反射信號進行混頻，由于反射信號與參考信號有一段時延，從而導致反射信號與參考信號之間有一定的頻率差，再用低通濾波器濾除高頻分量，得到包含距離信息的差頻信號。使用頻譜分析儀進行頻域采樣和FFT，得到頻譜信息，最后通過計算機采集頻譜分析儀數據，從得到的差頻頻率信息中獲取距離信息，從而計算出光纖故障點的位置。