[發明專利]一種基于線性調頻信號的光纖光時域反射儀檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201810068293.5
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108344558B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 張傳彬;易水寒;羅清;夏曉文;喻杰奎
• 申請（專利權）人: 武漢光迅科技股份有限公司
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 深圳市愛迪森知識產權代理事務所(普通合伙) 44341
• 代理人: 何婷

本發明涉及光時域反射儀檢測技術領域，提供了一種基于線性調頻信號的光纖光時域反射儀檢測系統及方法。其中方法包括生成線性調頻信號和時鐘同步脈沖，并分別發送給調制器和光開關；調制器根據所述線性調頻信號，調制光源發出的連續光信號，生成連續線性調頻光信號；光開關將所述連續線性調頻光信號截成指定時間長度的線性調頻光信號，并通過環形器輸入到傳輸光纖中；對接收到的數字信號進行分數階傅里葉變換并得到探測結果。本發明通過利用線性調頻信號經過分數階傅里葉變換后有較好的聚集性，而噪聲和非線性調頻信號經過分數階傅里葉變換后不會發生聚集這個特點，提取出線性調頻信號，從而提升OTDR的探測靈敏度和動態范圍。

【技術領域】

本發明涉及光時域反射儀檢測技術領域，特別是涉及一種基于線性調頻信號的光纖光時域反射儀檢測系統及方法。

【背景技術】

光時域反射儀是根據光的背向散射與反射原理制作，利用光在光纖中傳輸時產生的后向散射光來獲取衰減信息，可用于測量光纖衰減、接頭損耗、光纖故障點定位，以及了解光纖沿長度的損耗分布情況等。由于光纖材料密度不均勻、摻雜成分不均勻以及光纖本身的缺陷，當光脈沖在光纖內傳輸時，會由于光纖本身的性質、連接器、接合點、彎曲或其它類似的事件而產生散射、反射。其中一部分的散射和反射光就會返回到光時域反射儀中，返回的有用信息由光時域反射儀的探測器來測量，它們就作為光纖內不同位置上的時間或曲線片斷。通過測量發射信號到返回信號所用的時間，以及確定光在光纖的速度，就可以計算出對應的距離。

隨著光纖放大器的引入及光纖損耗的降低，光纖傳輸距離不斷增加，探測器探測的信號非常微弱，要求探測器具有更高的靈敏度和更大的動態范圍。為了解決探測器信號微弱的問題，傳統方法一是重復采樣取平均來提高探測靈敏度，二是增加發射信號的能量。前者，重復采樣可以提高測量的動態范圍，但要耗費更多的時間。后者由于激光器的功率有限，要提高入射信號的能量，只能增加發射信號的脈寬，但這又會降低距離分辨率。

【發明內容】

本發明要解決的技術問題是為了解決探測器信號微弱的問題，傳統方法一是重復采樣取平均來提高探測靈敏度，二是增加發射信號的能量。前者，重復采樣可以提高測量的動態范圍，但要耗費更多的時間。后者由于激光器的功率有限，要提高入射信號的能量，只能增加發射信號的脈寬，但這又會降低距離分辨率。

本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種基于線性調頻信號的光纖光時域反射儀檢測系統，包括OTDR光源1，用于發出連續光信號；環形器5，用于將用于檢測的光信號輸入到傳輸光纖中，并將后向散射信號輸入到反射信號接收單元6中；反射信號接收單元6，用于接收來自傳輸光纖的后向散射信號，并轉化為數字信號，還包括調制信號發生器4、調制器2、光開關3和數字信號處理單元7，其中，調制信號發生器4分別連接所述調制器2的第二輸入口和光開關3的第二輸入口，所述OTDR光源1連接所述調制器2的第一輸入口，所述調制器2的第一輸出口連接光開關3的第一輸入口，所述光開關3的第一輸出口連接所述環形器5的第一輸入口，所述環形器5的第二輸出口連接被測的傳輸光纖，所述環形器5的第三輸出口串聯所述反射信號接收單元6后與數字信號處理單元7 相連，具體的：

所述調制信號發生器4，用于產生線性調頻信號以及時鐘同步脈沖；

所述調制器2，用于將線性調頻信號調制到連續光信號上，生成連續線性調頻光信號；

所述光開關3，用于將連續的線性調頻光信號截成指定時間長度的線性調頻光信號；

所述數字信號處理單元7，用于對接收到的數字信號進行分數階傅里葉變換，提取出線性調頻信號得到探測結果。

優選的，調制信號發生器4的線性調頻信號根據以下公式生成：

s(t)＝A*rect(t/τ)cos(2π(f₀t+μt²/2))