[發明專利]一種利用混沌激光延遲自干涉測量光纖長度的裝置與方法

有效

• 申請號: 202110129501.X
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112781504B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 王安幫;潘通;趙彤;張建國;王云才;申志儒;栗修竹
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;侯小幸

本發明公開了一種利用混沌激光延遲自干涉測量光纖長度的裝置與方法，涉及光纖長度測量技術領域。該裝置包括半導體激光器、光纖耦合器Ⅰ、光纖耦合器Ⅱ、光纖反射鏡、光電探測器及頻譜分析裝置；半導體激光器發光輸出至光纖耦合器Ⅰ，光纖耦合器Ⅰ的左尾纖B和右尾纖D在不測量時連接為一體，形成光纖環，測量時左尾纖B和右尾纖D之間通過待測光纖連接，形成待測光纖環；光纖耦合器Ⅰ的右尾纖C與光纖耦合器Ⅱ的左尾纖E連接，光纖耦合器Ⅱ的右尾纖G與光纖反射鏡的尾纖連接、右尾纖H與光電探測器的尾纖連接，光電探測器通過傳輸線纜與頻譜分析裝置連接。本發明可以快速精確測量光纖長度，且檢測無盲區，結構簡單，測量距離遠，精度高。

技術領域

本發明涉及光纖長度測量技術領域，具體為一種利用混沌激光延遲自干涉測量光纖長度的裝置與方法。

背景技術

由于光纖具有頻帶寬、損耗低、抗電磁干擾等突出的特點，成為現代重要的通訊介質之一。隨著光纖通信和光纖傳感的快速發展，在光纖入戶、光纖點火、工程應用和實驗、生產加工以及精密控制光纖長度應用領域中，都需要測量出光纖的準確長度，所以對光纖長度測量的要求也就愈發重要。

目前，光纖長度測量常用脈沖飛行法測量，典型測量儀器是光時域反射儀。由于光纖瑞利散射信號較弱，導致在制作時需要的光源和探測器都需要非常靈敏和精度夠高，從而使成本變高。雖有研究使用高斯光脈沖延時方法改善測量效果，將脈沖時延測量轉換為幅度極值的測量，利用光脈沖在通過耦合器后到耦合器末端的時延差來測量光纖長度，但本質仍屬于光脈沖飛行法測量（張穎艷，孫小強，傅棟博，岳蕾，劉麗，李然，楊琨.?基于高斯光脈沖延遲技術的光纖長度精確測量方法[J].?計量學報，2015，36（1）：10-13.）。

光脈沖飛行法無法同時滿足遠距離和高空間分辨率的測量要求。為了解決這一矛盾，研究者提出了多種方案去解決此問題，其中混沌光時域反射法借助混沌激光獨有的寬帶、大幅隨機振蕩特性，結合相關探測技術實現了與探測距離無關的高精度故障定位。近期有研究者提出在探測路上引入簡易的光纖環，用來提高混沌信號的低頻段能量。通過高帶寬示波器將時序采集，最終在200MHz的探測帶寬和6個最低有效位重構信號下互相關運算，獲得4cm的空間分辨率。（胡志宏，王云才《混沌光時域反射儀優化技術》[D].太原理工大學碩士學位論文,2019）。

由于脈沖法測量在遠距離和高精度間無法同時滿足，也就是存在著分辨率與測量距離有不可調和矛盾的問題，而且在檢測上具有盲區；然而混沌光時域反射測量法結構復雜，且需要探測回波信號進行相關計算，對設備和各類器件的精度要求過高，因此，有必要發明一種精確測量光纖長度且結構簡單的方法。

發明內容

本發明為了解決現有光纖長度測量的方法無法同時滿足遠距離和保障精度的問題，提供了一種利用混沌激光延遲自干涉測量光纖長度的裝置與方法。

本發明是通過如下技術方案來實現的：一種利用混沌激光延遲自干涉測量光纖長度的裝置，其特征在于：包括半導體激光器、光纖耦合器Ⅰ、光纖耦合器Ⅱ、光纖反射鏡、光電探測器及頻譜分析裝置；所述半導體激光器采用不帶隔離器的激光器，所述半導體激光器、光纖耦合器Ⅰ、光纖耦合器Ⅱ、光纖反射鏡均自帶尾纖；所述光電探測器的一側設有尾纖；所述光纖耦合器Ⅰ的左右兩側各自固有兩根尾纖，分別為左尾纖A、左尾纖B、右尾纖C和右尾纖D，所述光纖耦合器Ⅱ的左右兩側也各自固有兩根尾纖，分別為左尾纖E、左尾纖F、右尾纖G和右尾纖H，所有的尾纖均可作為輸入端或者輸出端，所述半導體激光器通過其自帶的尾纖與光纖耦合器Ⅰ的左尾纖A連接，所述光纖耦合器Ⅰ的左尾纖B和右尾纖D在不測量時連接為一體，形成光纖環，測量時左尾纖B和右尾纖D之間通過待測光纖連接，形成待測光纖環；所述光纖耦合器Ⅰ的右尾纖C與光纖耦合器Ⅱ的左尾纖E連接，所述光纖耦合器Ⅱ的右尾纖G與光纖反射鏡的尾纖連接、右尾纖H與光電探測器的尾纖連接，所述光電探測器的另一側通過傳輸線纜與頻譜分析裝置連接；所述光纖耦合器Ⅰ的分光比為50:50；所述光纖耦合器Ⅱ的分光情況為：右尾纖G到達光纖反射鏡的光功率大于等于右尾纖H到達光電探測器的光功率。