[發明專利]一種高精度混沌光時域反射儀

有效

• 申請號: 201810366563.0
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108540216B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 王安幫;趙彤;王龍生;胡志宏;郭圓圓;賈志偉;王云才
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H04B10/071
• 分類號: H04B10/071;H04B10/25;H04B10/40;H04L27/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明公開了一種低成本高精度混沌光時域反射儀，其原理是將混沌光發射裝置發射的混沌光信號通過光纖耦合器Ⅰ分為探測光Ⅰ和參考光Ⅱ；探測光Ⅰ經過光環形器發射到待測光纖線路中，利用光電探測器Ⅰ接收從待測光纖線路中回射的探測光，經n位ADCⅠ量化，每個采樣數據被量化為n位二進制比特。參考光Ⅱ由光電探測器Ⅱ接收，由光信號轉化為電信號，再經n位ADCⅡ量化為n位二進制比特。在有效位信息處理系統中將兩路量化信號同時作低N（N＜n）位有效位提取，并轉化為十進制輸入至互相關裝置中進行互相關運算，將結果輸出到顯示裝置。本發明通過有效位信息處理以克服當前COTDR中混沌光源和PD帶寬限制的問題，來提高COTDR的分辨率，降低COTDR的成本。

技術領域

本發明涉及光纖線路測量技術領域，具體為一種高精度混沌光時域反射儀，可以實現光纖故障的高精度檢測。

背景技術

光時域反射儀（Optical Time Domain Reflectometer , 簡稱OTDR）是基于背向散射或反射信號的測量儀器，該儀器可以方便的對光纖進行非破壞性測量，并能夠連續的顯示整個光纖線路的相對位置和故障點位置，成為光纖研究、生產、鋪設以及維護整個產業中應用最廣泛的測量儀器，在光纖產業中占有重要的地位。

傳統的OTDR采用脈沖激光器作為光源，脈沖激光器向待測光纖鏈路發射光脈沖，通過測量回射光的功率及飛行時間得到損耗與距離的關系。對于使用脈沖激光器作為光源的傳統OTDR來說，存在的問題是分辨率低，其分辨率受限于光脈沖的寬度，且OTDR發射機的峰值功率受限于激光器，動態范圍的提高主要通過提高光脈沖能量實現，提高動態范圍就會降低OTDR的分辨率，而提高分辨率就會降低動態范圍，這就是傳統脈沖式OTDR無法解決的矛盾。

為了解決傳統脈沖式OTDR的矛盾，研究人員提出了相關法OTDR，其采用了偽隨機碼調制的光脈沖，利用相關技術進行信號處理，能較好的解決分辨率與動態范圍無法同時提高的矛盾，可大大提高光時域反射的動態范圍及分辨率（EP0269448、JP9026376）。然而由于受限于偽隨機碼信號的頻譜帶寬，其分辨率的提高非常有限，沒有完全發揮出相關法OTDR測量優勢，并且這種OTDR裝置需要昂貴的偽隨機碼發生裝置及復雜的編碼、譯碼器。

隨后，混沌光時域反射儀（Chaos Optical Time Domain Reflectometer，簡稱COTDR）被提出，其基本結構、原理與相關法OTDR類似，專利號為CN200810054534，發明名稱為混沌光時域反射儀及其測量方法的專利對其做出了詳細的闡述，主要改變在于：利用混沌光信號代替相關法OTDR中的偽隨機碼調制的光脈沖作為探測信號。混沌激光信號為真正的隨機信號，較偽隨機碼信號具有更高的帶寬，可以大大提高OTDR的分辨率和動態范圍（IEEE Photonics Technology Letters, 2008, 20(19): 1636-1638，CN101226100B）。然而，目前COTDR中混沌光源主要由半導體激光器和外腔反饋裝置構成，其結構簡單，但所產生的混沌光弛豫振蕩明顯，限制了其帶寬。要想進一步提高混沌光源帶寬，就必須采用更加復雜的結構，例如光注入法發產生混沌（Optics Letters，2009，34（8）：1144-1146）、光纖振蕩環產生混沌（Applied Physics Letters，2013，102（3）：031112），這樣就會造成結構復雜、成本增加。同時考慮到COTDR中光電探測器（PD）的成本，商用中COTDR探測器的帶寬遠小于混沌光源帶寬，導致混沌光源帶寬利用率較低。受限于PD成本，目前報道過的COTDR最高分辨率為2cm@1GHz PD。（JLT30(21) :3420 , 2012）。

發明內容

本發明為了解決COTDR中混沌光源和PD帶寬限制的問題，以顯著提高COTDR的分辨率，同時大幅度降低COTDR的成本，提供了一種高精度混沌光時域反射儀。